Решение Задачи 10-2 (авторы: Медведев И. Н., Долженко В. Д.)

1) В опыте 1 одно из трёх простых веществ В не растворилось в щёлочи.

В опыте 2 получен раствор нитрата В с непрореагировавшим избытком азотной кислоты (раствор 2). После упаривания раствора (опыт 3) удалили избыток азотной кислоты, твёрдый остаток растворили в воде при этом в растворе содержится только нитрат. Из него при реакции с сульфидом калия выпадает чёрный осадок Е, вероятно, сульфида В. Пусть Е имеет формулу В ₂S_n. Тогда, исходя из того, что нам известны массы исходного В (0,5180 г) и получившегося Е (0,5982 г), можно определить массовую долю В в сульфиде:

Значит М (В) = 103,3· n, где n принимает целые значения. Тогда для различных n получаем варианты:

n = 1. M (В) =103,3 – близко к родию, но в условиях реакции образование сульфида Rh(I) невозможно.

n = 2. M(В) =206,6 – близко к свинцу. Свинец имеет чёрный нерастворимый сульфид PbS.

n = 3 и выше – М(В) больше 300, таких элементов нет.

Значит, В – Pb, Е – PbS. Свинец находится в 14 группе. В силу того, что углерод нерастворим в щёлочи, возможные кандидаты на оставшиеся простые вещества – это кремний, германий и олово.

В опыте 4 при нейтрализации образуется смесь гидратированных оксидов, один из которых по условию задачи растворяется в концентрированной соляной кислоте. Прокаливание оставшегося гидратированного оксида должно приводить к обезвоживанию и образованию оксида вида АО₂. Его масса равна 0,1803г, значит М – молярная масса А.

В опыте 5 описано получение сульфида Б. Его масса равна 0,1828 г. Значит, , где Х – молярная масса Б. Нам также известна общая масса А и Б в исходной навеске: она равна 0,7210 – 0,5180=0,2030 г. Получаем:

,

Значит М и Х связаны соотношением:

Теперь можно рассмотреть три случая:
Если Б – это кремний, то Х = 28,09, тогда М = 142,52. Элементов с такой массой в группе углерода нет. Значит, Б – не кремний.
Если Б – это германий, то Х = 72,61, тогда М = 45,49. Элементов с такой массой в этой группе тоже нет. Значит, Б – не германий.
Если Б – это олово, то Х = 118,71, тогда М = 28,06. Значит, A и Б – это Sn и Si. (в любом порядке), вещества: И – это SiO₂, К – это SnS₂.
Бесцветный, лёгкий газ Г, образующийся при растворении кремния и олова в концентрированном растворе щёлочи, это H₂.
Найдём молярную массу газа Д:

Из всех существующих оксидов азота, один из которых должен выделяться в ходе реакции свинца с азотной кислотой, такую молярную массу имеет только оксид азота (II). Следовательно Д – это NO.

При отжиге на воздухе сульфида свинца (Е) образуется газ Ж и твёрдое оранжевое вещество З. Значит, газ Ж – это SO₂. А З – это один из оксидов свинца – либо PbO, либо Pb₃O₄. Массовая доля свинца в З равна 0,5180:0,5713=0,9067, что соответствует массовой доле свинца в Pb₃O₄. Значит, З – это Pb₃O₄.

2) Уравнения реакций:

1. Si + 2NaOH + H₂O → Na₂SiO₃ + 2H₂;

2. Sn + 2NaOH + 4H₂O → Na₂[Sn(OH)₆] + 2H₂↑;

3. 3Pb + 8HNO₃ → 3Pb(NO₃)₂ + 2NO↑ + 4H₂O;

4. Pb(NO₃)₂ + K₂S → 2KNO₃ + PbS↓;

5. 3PbS + 5O₂ → Pb₃O₄ + 3SO₂;

6. Na₂SiO₃ + 2HCl + (n – 1)H₂O → SiO₂·nH₂O↓ + 2NaCl;

7. Na₂[Sn(OH)₆] + 2HCl + (n – 4)H₂O → SnO₂· n H₂O↓ + 2NaCl;

8. SnO₂· n H₂O + 6HCl → H₂[SnCl₆] + (n + 2)H₂O;

9. SiO₂· n H₂O → SiO₂ + n H₂O;

10. H₂[SnCl₆] + 2H₂S → SnS₂↓ + 6HCl.

3) Масса свинца в навеске нам дана: она равна m ₁ => 0,5180 г.
Масса SiO₂ равна 0,1803 г, значит, масса кремния равна

Масса SnS₂ равна 0,1828 г, можно провести аналогичный расчёт для массы олова:

или

Массовые доли:

4) Состав вещества Y не исчерпывается указанными элементами, т. к. сумма их долей не равна 100 %. Найдём разницу: w = 100 – 2,506 – 56,459 – 23,564 – 3,053 – 3,955 = 10,463 %

Определим мольное отношение элементов, содержащихся в Y:

	Na	Pb	C	N	H
w	2,506	56,459	23,564	3,055	3,955
M	22,989	207,2	12,011	14,007	1,008
n = w / M	0,1090	0,2725	1,9619	0,2181	3,9236
n / nNa	1,0	2,5	18,0	2,0	36,0

Если привести к целым значениям, то Na: Pb: C: N: H = 2: 5: 36: 4: 72.

Молекула 2,2,2-crypt имеет формулу C₁₈H₃₆N₂O₆. Значит, Y содержит 2 молекулы 2,2,2-crypt. Соотношение C: N: H = 18:2:36, совпадает с таковым для 2,2,2-crypt, но молекула криптанда содержит ещё и кислород рассчитаем массовую долю кислорода в соедини Y исходя из состава 2,2,2-crypt:

n_O = 6·n_Na = 0,6540 => w(O) = n_O· M_O = 10,464 %,

что совпадает с рассчитанным ранее остатком, т. е. состав Y выражается формулой Na₂Pb₅C₃₆H₇₂N₄O₁₂ [1] или Na₂Pb₅(2,2,2-crypt)₂.

5) Из того факта, что на один атом натрия приходится одна молекула криптанда, а в состав аниона входят только атомы одного сорта, можно предположить образование комплексного катиона
[Na(2,2,2-crypt)]⁺ и аниона Pb₅^2–.

Согласно правилу октета свинец, который имеет 4 валентных электрона, может образовать 4 одинарные связи, наличие у аниона заряда «2–» говорит о том, что 2 атома из пяти смогут образовать только 3 связи. Таким образом, в анионе содержится 2 атома свинца с тремя связями Pb–Pb и 3 атома с четырьмя связями Pb–Pb, этому условию отвечает тригональная бипирамида.

Система оценивания:

1.	Определение веществ А– З по 0,5 балла	4 балла
	Расчёты PbS, SiO2, SnS2, Pb3O4 по 0,5 балла	2 балла
2.	Уравнения реакций по 1 баллу	10 баллов
3.	Расчёт массовых долей элементов	1 балла
	Расчёт состава Y	2 балла
	Строение аниона Pb52–.(0,5 балла), обоснование (0,5 балла)	1 балл
	ИТОГО:	20 баллов

 

Задача 10-3. Газообразное при н. у. вещество А окисляется при нагревании на платино-родиевом катализаторе с образованием бесцветного газа Б (реакция 1), который мгновенно превращается на воздухе в газ В бурого цвета (реакция 2). При температуре ниже 135 °C часть молекул газа В попарно соединяется в димеры Г (реакция 3), причём чем ниже температура, тем менее интенсивной становится окраска газа. Уже при температуре 25 °C и давлении 1 атм. мольное соотношение Г/В в равновесной смеси составляет 2,16/1. Плотность такой смеси по воздуху равна 2,67. При охлаждении смеси B и Г ниже 21,1 °C она почти полностью обесцвечивается и превращается в неокрашенную жидкость, состоящую из молекул Г (иногда слегка желтоватую из-за примеси молекул В).

1. Вычислите мольные доли газов В и Г в равновесной смеси при температуре 25 °C и общем давлении 1 атм., а также константу равновесия димеризации В в этих условиях.

2. По данным, приведённым в условии задачи, рассчитайте молекулярную массу газа В. К какому классу реакций по знаку теплового эффекта (эндо- или экзотермическим) следует отнести реакцию димеризации В? Обоснуйте свой ответ.

При сжигании А в кислороде образуются только вода и газ Д (реакция 4), являющийся одним из основных компонентов воздуха. Водный раствор А окрашивает лакмусовую бумагу в синий цвет.

3. Приведите формулы и названия веществ А–Д, напишите уравнения реакций 1–4.

4. Нормальное атмосферное давление при 0 °C составляет 101,325 кПа. Рассчитайте парциальное давление газа Д в кПа в сухом воздухе в этих условиях.

Смесь веществ Б и В при охлаждении ниже −36 °C реагирует с образованием неустойчивой синей жидкости E (реакция 5). Для получения смеси Б и В нужного состава в лаборатории используют реакцию 50%-ного водного раствора кислоты Ж с крахмалом (С₆Н₁₂О₅)n (реакция 6).

Для получения вещества З, использующегося как удобрение, в промышленности проводят реакцию между А и Ж (реакция 7). Нагревание З до 245 °C приводит к выделению газа И (реакция 8).

5. Напишите уравнения реакций 5–8, изобразите структурные формулы веществ Е–И.

 

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: