Задача на незнакомую химию

9 заданий

Определения из условия

Олимпиадная задача часто вводит новое понятие и просит им воспользоваться: «правило Уэйда», «параметр Гольдшмидта», «кислотность по Люису — Пирсону», «число скелетных электронных пар», «индекс кислотности расплава». Не нужно знать их заранее — нужно аккуратно перевести определение в формулу и применить.

edit_noteПравило Уэйда (дано в условии)

«Кластер \(\ce{[B_nH_n]^{2-}}\) имеет \(n + 1\) пар скелетных электронов и строение замкнутого многогранника (клозо)». Для \(\ce{[B6H6]^2-}\): 7 пар — октаэдр; для \(\ce{[B12H12]^2-}\): 13 пар — икосаэдр. Задача решается подсчётом, даже если слово «клозо» вы видите впервые.

boltТри шага с незнакомым определением

Выпишите определение своими словами и формулой.
Проверьте его на примере, который дан в условии (там почти всегда есть пример).
Примените к нужному случаю и проверьте размерность и разумность.

Общие законы для незнакомых веществ

Даже если вещество незнакомо, работают всеобщие законы:

сохранение массы и атомов (уравнивание);
электронейтральность (заряды в формулах);
электронный баланс (степени окисления);
термодинамика: \(\Delta G^\circ = -nFE^\circ = -RT\ln K\);
газовые законы, закон действующих масс.

edit_noteИндий(I)

Условие: \(E^\circ(\ce{In+}/\ce{In}) = -0{,}14\) В, \(E^\circ(\ce{In^3+}/\ce{In+}) = -0{,}44\) В. Устойчив ли \(\ce{In+}\) в воде? Реакция \(\ce{3In+ -> In^3+ + 2In}\): \(\Delta E^\circ = -0{,}14 - (-0{,}44) = 0{,}30\) В > 0 — диспропорционирует (\(\lg K = 10\)). Как \(\ce{Cu+}\) (урок 201)! Знание индия не понадобилось.

boltАналогия по группе и по электронной конфигурации

\(\ce{In+}\), \(\ce{Tl+}\) — «инертная пара» \(s^2\); \(\ce{Au-}\) ведёт себя как галогенид; \(\ce{NH4+}\) похож на \(\ce{K+}\); \(\ce{BH4-}\) изоэлектронен \(\ce{CH4}\) и \(\ce{NH4+}\). Изоэлектронные частицы часто имеют похожее строение.

Разумность ответа

Когда химия незнакома, особенно важно проверять ответ на разумность:

степени окисления в пределах известных для элемента;
массы и доли — положительны и не больше 100 %;
константы — разумного порядка (равновесие не может давать \(K = 10^{300}\) при \(\Delta E = 0{,}1\) В);
энергии — не больше типичных энергий связей (сотни кДж/моль).

edit_noteПроверка порядка

Получили \(\lg K = 250\) для ОВР с \(\Delta E^\circ = 0{,}3\) В и \(n = 2\)? Ошибка: должно быть около 10. Вероятно, разделили не на 0,0592, а на 0,00592.

boltОценка «на пальцах»

Перед точным расчётом сделайте грубую оценку (порядок величины). Если точный ответ далёк от оценки — ищите ошибку в одном из них. Это особенно полезно в незнакомых задачах, где нет интуиции «правильного ответа».

push_pinГлавное

Приём «незнакомой химии»: (1) внимательно прочитать определения из условия и переписать их формулами; (2) опереться на всеобщие законы — сохранение массы и заряда, электронный баланс, \(\Delta G = -nFE\), \(\lg K = n\Delta E^\circ/0{,}0592\), \(pV = nRT\); (3) решать по аналогии с известными системами (полииодиды ~ полисульфиды, \(\ce{In+}\) ~ \(\ce{Cu+}\), интергалогениды ~ галогены); (4) проверять ответ на разумность. Незнакомое вещество — не повод сдаваться: олимпиадная задача содержит всё нужное в условии.

Закрепите теорию: 9 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.