国際化学オリンピック · 2016年

問題

問題 1三フッ化窒素は驚くほど安定な化合物で、フッ化アンモニウムとフッ化水素の混合物の溶融塩電解で初めて合成された。(a) $\ce{NF3}$ はどの電極で生成するか？生成の半反応式を書け。(b) 関連化合物 $\ce{NH2F}$ と $\ce{NHF2}$ は非常に不安定で副生成物として生じる。 $\ce{NF3}$ , $\ce{NHF2}$ , $\ce{NH2F}$ のうち最も低温で凝縮するのはどれか。(c) これら分子の N–F 結合長は 136, 140, 142 pm。単純な静電（部分電荷）モデルで各分子に割り当てよ。(d) $\ce{NHF2}$ をHF中のKF溶液に通すと、二つの幾何異性体の混合物として窒素–フッ素二元化合物が得られる。生成の化学式を書け。(e) $\ce{NF4+}$ 塩は $\ce{NF3}$ と $\ce{F2}$ から適切な試薬の存在下で得られる。試薬を提案し反応式を書け。(f) $\ce{NF4+}$ は加水分解して $\ce{NF3}$ と $\ce{O2}$ を生じるが、 $\ce{O2}$ はしばしば理論量より少ない。加水分解式と、 $\ce{O2}$ : $\ce{NF3}$ 比を下げる副反応を書け。(g) 四フッ化アンモニウム塩（固体ロケット燃料候補）はフッ素を 65.6 質量%含み、加熱で全て $\ce{NF3}$ と $\ce{F2}$ として放出され、 $n(\ce{F2}) = 2.5\,n(\ce{NF3})$ である。塩の化学式を求めよ。解答: 1
問題 2酸化銅(I) $\ce{Cu2O}$ は固体エレクトロニクスや太陽電池に用いられる半導体である。立方晶単位格子の格子定数は $a = 427.0$ pm で、酸素原子（A）が体心立方副格子を、銅原子（B）が面心立方副格子を形成する。(a) Cu と O の配位数はいくらか。(b) 最短の $\ce{O-O}$ 、 $\ce{Cu-O}$ 、 $\ce{Cu-Cu}$ 間距離を計算せよ。(c) 化学量論組成 $\ce{Cu2O}$ の理論密度（g cm $^{-3}$ ）を計算せよ。(d) ある非化学量論試料では全 Cu 原子の $0.2\%$ が $\ce{Cu^2+}$ に酸化されていた。Cu サイトの空孔率は何パーセントか、また $\ce{Cu_{2-x}O}$ の $x$ はいくらか。(e) $\ce{Cu2O}$ と以下の物質との反応式を書け：(1) 湿潤空気中の $\ce{O2}$ 、(2) 希硫酸、(3) 熱濃硫酸。解答: 1