Номер 49, страница 15 - гдз по химии 9 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

49. В порции метана число молекул равно $2,4 \cdot 10^{22}$, а в порции азота — $3,6 \cdot 10^{23}$. Рассчитайте, во сколько раз химическое количество азота больше химического количества метана в этих порциях. В молекуле какого из указанных веществ имеется тройная связь? Составьте его электронную формулу.

Рассчитайте, во сколько раз химическое количество азота больше химического количества метана в этих порциях.

Дано:

Число молекул метана ($CH_4$), $N(CH_4) = 2,4 \cdot 10^{22}$

Число молекул азота ($N_2$), $N(N_2) = 3,6 \cdot 10^{23}$

Постоянная Авогадро, $N_A \approx 6,02 \cdot 10^{23} \text{ моль}^{-1}$

Найти:

Отношение химического количества азота к химическому количеству метана — $\frac{n(N_2)}{n(CH_4)}$

Решение:

Химическое количество вещества ($n$), также называемое количеством молей, связано с числом частиц ($N$) и постоянной Авогадро ($N_A$) следующей формулой: $n = \frac{N}{N_A}$

Можно рассчитать химическое количество каждого вещества отдельно, а затем найти их отношение.

Химическое количество метана ($CH_4$):

$n(CH_4) = \frac{N(CH_4)}{N_A} = \frac{2,4 \cdot 10^{22}}{6,02 \cdot 10^{23} \text{ моль}^{-1}} \approx 0,04 \text{ моль}$

Химическое количество азота ($N_2$):

$n(N_2) = \frac{N(N_2)}{N_A} = \frac{3,6 \cdot 10^{23}}{6,02 \cdot 10^{23} \text{ моль}^{-1}} \approx 0,6 \text{ моль}$

Теперь найдем, во сколько раз химическое количество азота больше химического количества метана: $\frac{n(N_2)}{n(CH_4)} = \frac{0,6 \text{ моль}}{0,04 \text{ моль}} = 15$

Также можно решить задачу проще, заметив, что отношение химических количеств прямо пропорционально отношению числа молекул, так как постоянная Авогадро является общим делителем и сокращается: $\frac{n(N_2)}{n(CH_4)} = \frac{N(N_2) / N_A}{N(CH_4) / N_A} = \frac{N(N_2)}{N(CH_4)}$

Подставим значения: $\frac{n(N_2)}{n(CH_4)} = \frac{3,6 \cdot 10^{23}}{2,4 \cdot 10^{22}} = \frac{36 \cdot 10^{22}}{2,4 \cdot 10^{22}} = \frac{36}{2,4} = 15$

Ответ: Химическое количество азота больше химического количества метана в 15 раз.

В молекуле какого из указанных веществ имеется тройная связь?

Рассмотрим строение молекул метана ($CH_4$) и азота ($N_2$).

В молекуле метана ($CH_4$) атом углерода (C) имеет 4 валентных электрона, а каждый атом водорода (H) — по одному. Атом углерода образует четыре одинарные ковалентные связи с четырьмя атомами водорода. Структура молекулы метана тетраэдрическая, все связи одинарные. Тройная связь отсутствует.

В молекуле азота ($N_2$) каждый атом азота (N) имеет 5 валентных электронов на внешней электронной оболочке. Для достижения стабильного октета (8 электронов) каждому атому не хватает 3 электронов. Два атома азота достигают стабильности, образуя три общие электронные пары. Так между ними возникает тройная ковалентная неполярная связь ($N \equiv N$).

Ответ: Тройная связь имеется в молекуле азота ($N_2$).

Составьте его электронную формулу.

Электронная формула (или формула Льюиса) показывает распределение валентных электронов в молекуле. В молекуле азота $N_2$ два атома связаны тройной связью, то есть шестью общими электронами. У каждого атома азота, помимо электронов связи, есть также одна неподеленная электронная пара (2 электрона).

Электронная формула азота, где точки обозначают валентные электроны: $:N:::N:$

Часто для обозначения электронной пары (двух электронов) используют черточку. Тогда тройную связь обозначают тремя черточками, а неподеленные пары остаются точками или также обозначаются черточками. Структурная формула с указанием неподеленных пар выглядит так: $:N \equiv N:$

Ответ: Электронная формула азота — $:N \equiv N:$.