IChO 2003 · Theory problem 8
A dimethylhydrazine and dinitrogen tetroxide propellant
A fuel/oxidant system consisting of N,N-dimethylhydrazine \(\ce{(CH3)2NNH2}\) and \(\ce{N2O4}\) (both liquids) is commonly used in space vehicle propulsion. Components are mixed stoichiometrically so that \(\ce{N2}\), \(\ce{CO2}\) and \(\ce{H2O}\) are the only products (all gases under the same reaction conditions). How many moles of gases are produced from 1 mol of \(\ce{(CH3)2NNH2}\)?
(a) 8 ( )
(b) 9 ( )
(c) 10 ( )
(d) 11 ( )
(e) 12 ( )
Official English text of the problem.
Answers
- 8. (b): \(\boxed{9\ \mathrm{mol}}\) of gases.
Solution
8. N,N-dimethylhydrazine (CN(C)N) has molecular formula \(\ce{C2H8N2}\). For \(1\ \mathrm{mol}\) of fuel:
- Balancing carbon gives \(2\ \mathrm{mol}\) of carbon dioxide, \(\ce{CO2}\) (
O=C=O). - Balancing hydrogen gives \(4\ \mathrm{mol}\) of water, \(\ce{H2O}\) (
O). - These products require \(2(2)+4=8\ \mathrm{mol}\) of oxygen atoms, supplied by \(2\ \mathrm{mol}\) of dinitrogen tetroxide, \(\ce{N2O4}\) (
[O-][N+](=O)[N+](=O)[O-]). - The reactants therefore contain \(2+2(2)=6\ \mathrm{mol}\) of nitrogen atoms, producing \(3\ \mathrm{mol}\) of dinitrogen, \(\ce{N2}\) (
N#N).
The balanced reaction is
\[ \ce{(CH3)2NNH2(l) + 2N2O4(l) -> 3N2(g) + 2CO2(g) + 4H2O(g)}. \]
All three products are gases under the stated conditions, so
\[ n_{\text{gas}}=(3+2+4)\ \mathrm{mol} =\boxed{9\ \mathrm{mol}}. \]
Thus, select (b).
The answers were checked against the official answers published by the organisers.
IChO 2003 · Theorieaufgabe 8
Ein Treibstoffsystem aus Dimethylhydrazin und Distickstofftetroxid
Ein Brennstoff/Oxidationsmittel-System aus N,N-Dimethylhydrazin \(\ce{(CH3)2NNH2}\) und \(\ce{N2O4}\) (beide flüssig) wird häufig für den Antrieb von Raumfahrzeugen verwendet. Die Komponenten werden im stöchiometrischen Verhältnis gemischt, sodass \(\ce{N2}\), \(\ce{CO2}\) und \(\ce{H2O}\) die einzigen Produkte sind (unter denselben Reaktionsbedingungen alle gasförmig). Wie viele Mol Gase entstehen aus 1 mol \(\ce{(CH3)2NNH2}\)?
(a) 8 ( )
(b) 9 ( )
(c) 10 ( )
(d) 11 ( )
(e) 12 ( )
Aufgabentext aus dem offiziellen englischen Text übersetzt.
Antworten
- 8. (b): \(\boxed{9\ \mathrm{mol}}\) Gase.
Lösung
8. N,N-Dimethylhydrazin (CN(C)N) hat die Summenformel \(\ce{C2H8N2}\). Für \(1\ \mathrm{mol}\) Brennstoff gilt:
- Aus der Kohlenstoffbilanz ergeben sich \(2\ \mathrm{mol}\) Kohlenstoffdioxid, \(\ce{CO2}\) (
O=C=O). - Aus der Wasserstoffbilanz ergeben sich \(4\ \mathrm{mol}\) Wasser, \(\ce{H2O}\) (
O). - Für diese Produkte werden \(2(2)+4=8\ \mathrm{mol}\) Sauerstoffatome benötigt, die von \(2\ \mathrm{mol}\) Distickstofftetroxid, \(\ce{N2O4}\) (
[O-][N+](=O)[N+](=O)[O-]), geliefert werden. - Die Edukte enthalten daher \(2+2(2)=6\ \mathrm{mol}\) Stickstoffatome, aus denen \(3\ \mathrm{mol}\) Distickstoff, \(\ce{N2}\) (
N#N), entstehen.
Die ausgeglichene Reaktionsgleichung lautet
\[ \ce{(CH3)2NNH2(l) + 2N2O4(l) -> 3N2(g) + 2CO2(g) + 4H2O(g)}. \]
Alle drei Produkte sind unter den angegebenen Bedingungen gasförmig, also gilt
\[ n_{\text{gas}}=(3+2+4)\ \mathrm{mol} =\boxed{9\ \mathrm{mol}}. \]
Somit ist (b) auszuwählen.
Die Ergebnisse wurden mit den von den Veranstaltern veröffentlichten offiziellen Ergebnissen abgeglichen.
IChO 2003 · Teori sorusu 8
Dimetilhidrazin ve diazot tetraoksit içeren bir itici madde
N,N-dimetilhidrazin \(\ce{(CH3)2NNH2}\) ve \(\ce{N2O4}\)'ten oluşan bir yakıt/yükseltgen sistemi (her ikisi de sıvı), uzay araçlarının itkisinde yaygın olarak kullanılır. Bileşenler, yalnızca \(\ce{N2}\), \(\ce{CO2}\) ve \(\ce{H2O}\) oluşacak şekilde stokiyometrik oranlarda karıştırılır (aynı tepkime koşullarında ürünlerin tümü gazdır). 1 mol \(\ce{(CH3)2NNH2}\)'den kaç mol gaz oluşur?
(a) 8 ( )
(b) 9 ( )
(c) 10 ( )
(d) 11 ( )
(e) 12 ( )
Soru metni resmi İngilizce metinden çevrilmiştir.
Cevaplar
- 8. (b): \(\boxed{9\ \mathrm{mol}}\) gaz.
Çözüm
8. N,N-dimetilhidrazinin (CN(C)N) molekül formülü \(\ce{C2H8N2}\)'dir. \(1\ \mathrm{mol}\) yakıt için:
- Karbon denkliği kurulduğunda \(2\ \mathrm{mol}\) karbon dioksit, \(\ce{CO2}\) (
O=C=O), oluşur. - Hidrojen denkliği kurulduğunda \(4\ \mathrm{mol}\) su, \(\ce{H2O}\) (
O), oluşur. - Bu ürünlerin oluşması için \(2(2)+4=8\ \mathrm{mol}\) oksijen atomu gerekir; bunlar \(2\ \mathrm{mol}\) diazot tetraoksit, \(\ce{N2O4}\) (
[O-][N+](=O)[N+](=O)[O-]), tarafından sağlanır. - Dolayısıyla tepkimeye giren maddeler \(2+2(2)=6\ \mathrm{mol}\) azot atomu içerir ve bunlardan \(3\ \mathrm{mol}\) diazot, \(\ce{N2}\) (
N#N), oluşur.
Denkleştirilmiş tepkime şöyledir:
\[ \ce{(CH3)2NNH2(l) + 2N2O4(l) -> 3N2(g) + 2CO2(g) + 4H2O(g)}. \]
Belirtilen koşullarda üç ürün de gaz hâlindedir; dolayısıyla
\[ n_{\text{gaz}}=(3+2+4)\ \mathrm{mol} =\boxed{9\ \mathrm{mol}}. \]
Bu nedenle (b) seçeneği seçilmelidir.
Sonuçlar, düzenleyicilerin yayımladığı resmi sonuçlarla karşılaştırılarak kontrol edildi.
IChO 2003 · Problema teórico 8
Un propelente de dimetilhidrazina y tetróxido de dinitrógeno
Un sistema combustible/oxidante compuesto por N,N-dimetilhidrazina \(\ce{(CH3)2NNH2}\) y \(\ce{N2O4}\) (ambos líquidos) se utiliza habitualmente en la propulsión de vehículos espaciales. Los componentes se mezclan en proporciones estequiométricas de modo que \(\ce{N2}\), \(\ce{CO2}\) y \(\ce{H2O}\) sean los únicos productos (todos gaseosos en las mismas condiciones de reacción). ¿Cuántos moles de gases se producen a partir de 1 mol de \(\ce{(CH3)2NNH2}\)?
(a) 8 ( )
(b) 9 ( )
(c) 10 ( )
(d) 11 ( )
(e) 12 ( )
Enunciado traducido del texto oficial en inglés.
Respuestas
- 8. (b): \(\boxed{9\ \mathrm{mol}}\) de gases.
Solución
8. La N,N-dimetilhidrazina (CN(C)N) tiene la fórmula molecular \(\ce{C2H8N2}\). Para \(1\ \mathrm{mol}\) de combustible:
- El balance de carbono da \(2\ \mathrm{mol}\) de dióxido de carbono, \(\ce{CO2}\) (
O=C=O). - El balance de hidrógeno da \(4\ \mathrm{mol}\) de agua, \(\ce{H2O}\) (
O). - Estos productos requieren \(2(2)+4=8\ \mathrm{mol}\) de átomos de oxígeno, aportados por \(2\ \mathrm{mol}\) de tetróxido de dinitrógeno, \(\ce{N2O4}\) (
[O-][N+](=O)[N+](=O)[O-]). - Por lo tanto, los reactivos contienen \(2+2(2)=6\ \mathrm{mol}\) de átomos de nitrógeno, que producen \(3\ \mathrm{mol}\) de dinitrógeno, \(\ce{N2}\) (
N#N).
La reacción ajustada es
\[ \ce{(CH3)2NNH2(l) + 2N2O4(l) -> 3N2(g) + 2CO2(g) + 4H2O(g)}. \]
Los tres productos son gases en las condiciones indicadas, por lo que
\[ n_{\text{gas}}=(3+2+4)\ \mathrm{mol} =\boxed{9\ \mathrm{mol}}. \]
Por tanto, se selecciona (b).
Los resultados se comprobaron con los resultados oficiales publicados por los organizadores.
IChO 2003 · 理论题 8
二甲肼与四氧化二氮推进剂
由 N,N-二甲肼 \(\ce{(CH3)2NNH2}\) 和 \(\ce{N2O4}\)(二者均为液体)组成的燃料/氧化剂体系常用于航天器推进。各组分按化学计量比混合,使产物仅为 \(\ce{N2}\)、\(\ce{CO2}\) 和 \(\ce{H2O}\)(在相同的反应条件下均为气体)。1 mol 的 \(\ce{(CH3)2NNH2}\) 可生成多少摩尔的气体?
(a) 8 ( )
(b) 9 ( )
(c) 10 ( )
(d) 11 ( )
(e) 12 ( )
题目译自官方英文原文。
答案
- 8. (b): \(\boxed{9\ \mathrm{mol}}\) 气体。
解答
8. N,N-二甲肼(CN(C)N)的分子式为 \(\ce{C2H8N2}\)。对于 \(1\ \mathrm{mol}\) 燃料:
- 根据碳原子守恒,生成 \(2\ \mathrm{mol}\) 二氧化碳,\(\ce{CO2}\)(
O=C=O)。 - 根据氢原子守恒,生成 \(4\ \mathrm{mol}\) 水,\(\ce{H2O}\)(
O)。 - 这些产物需要 \(2(2)+4=8\ \mathrm{mol}\) 氧原子,由 \(2\ \mathrm{mol}\) 四氧化二氮,\(\ce{N2O4}\)(
[O-][N+](=O)[N+](=O)[O-])提供。 - 因此,反应物共含有 \(2+2(2)=6\ \mathrm{mol}\) 氮原子,生成 \(3\ \mathrm{mol}\) 氮气,\(\ce{N2}\)(
N#N)。
配平后的反应方程式为
\[ \ce{(CH3)2NNH2(l) + 2N2O4(l) -> 3N2(g) + 2CO2(g) + 4H2O(g)}. \]
在所述条件下,三种产物均为气体,因此
\[ n_{\text{气体}}=(3+2+4)\ \mathrm{mol} =\boxed{9\ \mathrm{mol}}. \]
因此,选择 (b)。
结果已与主办方公布的官方答案核对。
IChO 2003 · Теоретическая задача 8
Ракетное топливо на основе диметилгидразина и тетраоксида диазота
Система горючее/окислитель, состоящая из N,N-диметилгидразина \(\ce{(CH3)2NNH2}\) и \(\ce{N2O4}\) (оба вещества — жидкости), широко используется в двигателях космических аппаратов. Компоненты смешивают в стехиометрическом соотношении так, чтобы единственными продуктами были \(\ce{N2}\), \(\ce{CO2}\) и \(\ce{H2O}\) (все они являются газами при одних и тех же условиях реакции). Сколько молей газов образуется из 1 моль \(\ce{(CH3)2NNH2}\)?
(a) 8 ( )
(b) 9 ( )
(c) 10 ( )
(d) 11 ( )
(e) 12 ( )
Условие переведено с официального английского текста.
Ответы
- 8. (b): \(\boxed{9\ \mathrm{mol}}\) газов.
Решение
8. N,N-диметилгидразин (CN(C)N) имеет молекулярную формулу \(\ce{C2H8N2}\). Для \(1\ \mathrm{mol}\) горючего:
- Из баланса углерода следует, что образуется \(2\ \mathrm{mol}\) диоксида углерода, \(\ce{CO2}\) (
O=C=O). - Из баланса водорода следует, что образуется \(4\ \mathrm{mol}\) воды, \(\ce{H2O}\) (
O). - Для образования этих продуктов требуется \(2(2)+4=8\ \mathrm{mol}\) атомов кислорода, которые поступают из \(2\ \mathrm{mol}\) тетраоксида диазота, \(\ce{N2O4}\) (
[O-][N+](=O)[N+](=O)[O-]). - Следовательно, реагенты содержат \(2+2(2)=6\ \mathrm{mol}\) атомов азота, из которых образуется \(3\ \mathrm{mol}\) молекулярного азота, \(\ce{N2}\) (
N#N).
Уравнение реакции с расставленными коэффициентами имеет вид
\[ \ce{(CH3)2NNH2(l) + 2N2O4(l) -> 3N2(g) + 2CO2(g) + 4H2O(g)}. \]
Все три продукта при указанных условиях являются газами, поэтому
\[ n_{\text{газ}}=(3+2+4)\ \mathrm{mol} =\boxed{9\ \mathrm{mol}}. \]
Таким образом, следует выбрать (b).
Ответы проверены по официальным ответам, опубликованным организаторами.
IChO 2003 · مسألة نظرية 8
مادة دافعة من ثنائي ميثيل الهيدرازين ورباعي أكسيد ثنائي النيتروجين
يُستخدم نظام وقود/مؤكسد يتكوّن من N,N-ثنائي ميثيل الهيدرازين \(\ce{(CH3)2NNH2}\) و\(\ce{N2O4}\) (وكلاهما سائل) على نطاق واسع في دفع المركبات الفضائية. تُخلط المكوّنات بنسب ستوكيومترية بحيث تكون \(\ce{N2}\) و\(\ce{CO2}\) و\(\ce{H2O}\) النواتج الوحيدة (وجميعها غازات تحت ظروف التفاعل نفسها). كم مولًا من الغازات ينتج من 1 mol من \(\ce{(CH3)2NNH2}\)؟
(a) 8 ( )
(b) 9 ( )
(c) 10 ( )
(d) 11 ( )
(e) 12 ( )
نص المسألة مترجم عن النص الإنجليزي الرسمي.
الإجابات
- 8. (b): \(\boxed{9\ \mathrm{mol}}\) من الغازات.
الحل
8. الصيغة الجزيئية لـ N,N-ثنائي ميثيل الهيدرازين (CN(C)N) هي \(\ce{C2H8N2}\). بالنسبة إلى \(1\ \mathrm{mol}\) من الوقود:
- تعطي موازنة الكربون \(2\ \mathrm{mol}\) من ثنائي أكسيد الكربون، \(\ce{CO2}\) (
O=C=O). - تعطي موازنة الهيدروجين \(4\ \mathrm{mol}\) من الماء، \(\ce{H2O}\) (
O). - تتطلّب هذه النواتج \(2(2)+4=8\ \mathrm{mol}\) من ذرات الأكسجين، يوفّرها \(2\ \mathrm{mol}\) من رباعي أكسيد ثنائي النيتروجين، \(\ce{N2O4}\) (
[O-][N+](=O)[N+](=O)[O-]). - لذلك تحتوي المتفاعلات على \(2+2(2)=6\ \mathrm{mol}\) من ذرات النيتروجين، فتنتج \(3\ \mathrm{mol}\) من ثنائي النيتروجين، \(\ce{N2}\) (
N#N).
معادلة التفاعل الموزونة هي
\[ \ce{(CH3)2NNH2(l) + 2N2O4(l) -> 3N2(g) + 2CO2(g) + 4H2O(g)}. \]
النواتج الثلاثة جميعها غازات تحت الظروف المذكورة، ومن ثمّ
\[ n_{\text{الغاز}}=(3+2+4)\ \mathrm{mol} =\boxed{9\ \mathrm{mol}}. \]
إذن، نختار (b).
تمت مراجعة النتائج بمقارنتها بالنتائج الرسمية التي نشرها المنظمون.