Разделы 
Дополнительно
Задача по химии - 2453
2023-03-30 
Соединение $X$ состоит из азота и водорода. При сильном нагревании 3,2 г вещества $X$ оно полностью разлагается без образования твердого остатка. Полученная газовая смесь частично абсорбируется серной кислотой (при этом объем газовой смеси уменьшается в 2,8 раза). Неабсорбированный газ, представляющий собой смесь водорода и азота, при нормальных условиях занимает объем 1,4 л и имеет плотность 0,786 г/л. Определите химическую формулу соединения $X$.
Решение:
Исходя из объема и плотности газовой смеси ($H_{2} + N_{2}$), оставшейся после прохождения продуктов разложения вещества $X$ через серную кислоту, определяем ее массу и молярную массу:
$m_{1} = V \rho = 1,4 \cdot 0,786 = 1,1 г$
$M_{1} = V_{M} \rho = 22,4 \cdot 0,786 = 17,6 г/моль$
Если принять, что 1 моль этой смеси содержит 1 моль $N_{2}$ и $(1 - x)$ моль $H_{2}$, то молярную массу можно выразить так:
$M_{1} = xM_{(N_{2})} + (1 - x)M_{(H_{2})} = 28x + 2(1 - x)$
Подставляя значение $M_{1}$ в это уравнение, находим:
$x = 0,6 моль, n(N_{2}) : n(H_{2}) = 0,6 : (1 - 0,6) = 3:2$.
Масса и объем газообразных продуктов разложения вещества $X$, абсорбированных серной кислотой, равны:
$m_{2} = 3,2 - 1,1 = 2,1 г$;
$V_{2} = 1,4 \cdot 28 - 1,4 = 2,52 л$
Средняя молярная масса поглощенных газообразных веществ составит:
$\overline{M_{2}} = \frac{V_{m}m_{2}}{V_{2}} = \frac{22,4 \cdot 2,1}{2,52} = 18,67 г/моль$
Исходя из указанного элементного состава вещества $X$ и его способности разлагаться без образования твердого остатка, можно предположить, что вещество $X$ - аммиак $NH_{3}$ ($M = 17$) или гидразин $N_{2}H_{4}$ ($M = 32$).
Поскольку $M_{2} > 17 г/моль$, то в абсорбируемых газах должен содержаться не только аммиак, но и гидразин. Если принять, что 1 моль газовой смеси, поглощаемой кислотой, состоит из $a$ моль $NH_{3}$ и $(1 - a)$ моль $N_{2}H_{4}$, то среднюю молярную массу этой смеси можно представить так:
$M_{2ср} = 17a + 32(1 - a) = 18,67$
Отсюда
$a = 0,889 моль; n(NH_{3}) : n(N_{2}H_{4}) = 0,889:0,111 = 8:1$.
Следовательно, первоначальная газовая смесь, полученная при термическом разложении вещества $X$, характеризуется мольным соотношением:
$n(NH_{3}) : n(N_{2}H_{4}) : n(N_{2}) : n(H_{2}) = 8 : 1 : 3 : 2$,
что отвечает атомному соотношению:
$n(N) : n(H) = (8 + 2 + 6) : (24 + 4 + 4) = 16 : 32 = 1 : 2$
Таким образом, исходное вещество $X$ - гидразин $N_{2}H_{4}$, который разложился при нагревании:
$7N_{2}H_{4} = 8NH_{3} + 3N_{2} + 2H_{2}$.
Соединение $X$ состоит из азота и водорода. При сильном нагревании 3,2 г вещества $X$ оно полностью разлагается без образования твердого остатка. Полученная газовая смесь частично абсорбируется серной кислотой (при этом объем газовой смеси уменьшается в 2,8 раза). Неабсорбированный газ, представляющий собой смесь водорода и азота, при нормальных условиях занимает объем 1,4 л и имеет плотность 0,786 г/л. Определите химическую формулу соединения $X$.
Решение:
Исходя из объема и плотности газовой смеси ($H_{2} + N_{2}$), оставшейся после прохождения продуктов разложения вещества $X$ через серную кислоту, определяем ее массу и молярную массу:
$m_{1} = V \rho = 1,4 \cdot 0,786 = 1,1 г$
$M_{1} = V_{M} \rho = 22,4 \cdot 0,786 = 17,6 г/моль$
Если принять, что 1 моль этой смеси содержит 1 моль $N_{2}$ и $(1 - x)$ моль $H_{2}$, то молярную массу можно выразить так:
$M_{1} = xM_{(N_{2})} + (1 - x)M_{(H_{2})} = 28x + 2(1 - x)$
Подставляя значение $M_{1}$ в это уравнение, находим:
$x = 0,6 моль, n(N_{2}) : n(H_{2}) = 0,6 : (1 - 0,6) = 3:2$.
Масса и объем газообразных продуктов разложения вещества $X$, абсорбированных серной кислотой, равны:
$m_{2} = 3,2 - 1,1 = 2,1 г$;
$V_{2} = 1,4 \cdot 28 - 1,4 = 2,52 л$
Средняя молярная масса поглощенных газообразных веществ составит:
$\overline{M_{2}} = \frac{V_{m}m_{2}}{V_{2}} = \frac{22,4 \cdot 2,1}{2,52} = 18,67 г/моль$
Исходя из указанного элементного состава вещества $X$ и его способности разлагаться без образования твердого остатка, можно предположить, что вещество $X$ - аммиак $NH_{3}$ ($M = 17$) или гидразин $N_{2}H_{4}$ ($M = 32$).
Поскольку $M_{2} > 17 г/моль$, то в абсорбируемых газах должен содержаться не только аммиак, но и гидразин. Если принять, что 1 моль газовой смеси, поглощаемой кислотой, состоит из $a$ моль $NH_{3}$ и $(1 - a)$ моль $N_{2}H_{4}$, то среднюю молярную массу этой смеси можно представить так:
$M_{2ср} = 17a + 32(1 - a) = 18,67$
Отсюда
$a = 0,889 моль; n(NH_{3}) : n(N_{2}H_{4}) = 0,889:0,111 = 8:1$.
Следовательно, первоначальная газовая смесь, полученная при термическом разложении вещества $X$, характеризуется мольным соотношением:
$n(NH_{3}) : n(N_{2}H_{4}) : n(N_{2}) : n(H_{2}) = 8 : 1 : 3 : 2$,
что отвечает атомному соотношению:
$n(N) : n(H) = (8 + 2 + 6) : (24 + 4 + 4) = 16 : 32 = 1 : 2$
Таким образом, исходное вещество $X$ - гидразин $N_{2}H_{4}$, который разложился при нагревании:
$7N_{2}H_{4} = 8NH_{3} + 3N_{2} + 2H_{2}$.
