 |
Решение Задачи 10-1 (автор: Белоусов Ю. А.)
|
|
|
|
1. Газ Б с плотностью по гелию 16 имеет молярную массу 64 г/моль, что соответствует оксиду серы (IV). Можно предположить, что минерал – сульфид неизвестного металла Х, а В – оксид того же металла. Поскольку при обжиге образуются эквимолярные количества продуктов, можно заключить, что состав минерала XS.
При растворении оксида В в серной кислоте образуется сульфат Х. Проверим это предположение:
Х2O n + n H2SO4 = X2(SO4) n + n H2O
=> 
M(X) = M(SO42–)· n /2·w(X) /(1 – w(X)) = 96· n /2·(1 – 0.2089)
При n = 1 M (X) = 12,68 г/моль (нет соответствия)
При n = 2 M (Х) = 25,35 г/моль (нет соответствия)
При n = 3 M (Х) = 38,03 г/моль (нет соответствия),
При n = 4 M (Х) = 50,70 г/моль (V, но из водного раствора выделяется VOSO4).
Таким образом, сульфат состава X2(SO4)n не подходит. При упаривании водного раствора может образоваться кристаллогидрат сульфата Х: X2(SO4)n·mH2O. В данном случае придётся перебирать все возможные значения n и m.
=> 
M2(SO4)n
| m n | |||||||||
| 15,05 | 17,43 | 19,80 | 22,18(Na) | 24,56 | 26,93 | 29,31 | 31,69 | 34,06 | |
| 40,40 | 42,78 | 45,15(Sc) | 47,53 | 49,91 | 52,28 | 54,66 | 57,04 | 59,41 |
2(M(SO4)n/2·m/2H2O)
| m n | ||||||||
| 30,10 | 34,86 | 39,61(Ca) | 44,36 | 49,12 | 53,87 | 58,62(Co,Ni) | 63,38(Cu) | |
| 55,45(Mn) | 60,21 | 64,96 | 69,71(Ga) | 74,47 | 79,22 | 83,97 | 88,73 |
Этот способ не оптимален, т. к. требует много расчётов, но не даёт однозначный ответ в силу большого числа возможных вариантов, для рассмотрения которых необходимо привлечение дополнительных данных. Разумнее сначала выбрать круг возможных металлов на основании дополнительных данных, а затем проводить для них расчёт.
Рассмотрим свойства описываемых соединений. Зелёный цвет кристаллогидрата сульфата можно ожидать для солей ванадия (III), хрома (III), и никеля (II). Добавление к раствору сульфата щёлочи должно приводить к образованию осадка гидроксида металла, а при его растворении в аммиаке образуется комплекс фиолетового цвета, что характерно для меди (II) и никеля (II).
|
|
|
Из предыдущей таблицы видно, что из упомянутых металлов условию соответствуют NiSO4·7H2O и CuSO4·8H2O. Последний не существует, т. к. сульфат меди кристаллизуется с 5 молекулами воды (CuSO4·5H2O, медный купорос) и имеет голубую окраску.
Таким образом, A – сульфид никеля NiS, Б – оксид серы SO2, В – оксид никеля NiO, Г – гептагидрат сульфата никеля, NiSO4 · 7H2O. Осадок Д – гидроксид никеля Ni(OH)2.
Молярная масса галогена в галогениде калия KHal (вещество З) может быть вычислена:
=> 
Вещество З – это бромид калияKBr.
Установим формулу вещества Ж. По условиям его получения в результате взаимодействия образующегося в реакции 4 комплексного катиона Е с бромидом калия, можно заключить, что формула Ж [Ni(NH3) n ]Br2. Определим n:
=> 
Значит вещество Ж – [Ni(NH3)6]Br2. Е – катион аминокомплекса [Ni(NH3)6]2+. Бинарное соединение И, получаемое при разложении Ж – это бромид никеля NiBr2.
2. 
Уравнения реакций:
1. NiS + 1.5O2 → NiO + SO2 ;
2. NiO + H2SO4 + 6H2O → NiSO4·7H2O;
3. NiSO4 + 2NaOH →Ni(OH)2↓ + Na2SO4;
4. Ni(OH)2 + 6NH3 → [Ni(NH3)6]2++2OH– или
Ni(OH)2 + 6NH3 → [Ni(NH3)6](OH)2;
5. [Ni(NH3)6]2+ + 2Br– → [Ni(NH3)6]Br2 или
[Ni(NH3)6](OH)2 + 2KBr → [Ni(NH3)6]Br2 + 2KOH;
6. [Ni(NH3)6]Br2 →NiBr2 + 6NH3.
Строение катиона гексааминникеля – октаэдр, что следует из состава.
Система оценивания
| Определение элемента Х | 1.5 балла | |
| Определение соединений А–И(по 0.5 за вещество) | 4.5 балла | |
| Расчёт состава Б, Г, Ж, З (по 1 б за в-во). | 4 балла | |
| Уравнения реакций (6 реакций по 1,5 б) | 9 баллов | |
| Строение катиона Е | 1 балл | |
| ИТОГО: | 20 баллов |
Задача 10-2. Дана смесь простых веществ А, Б и В, образованных элементами одной группы периодической системы Д. И. Менделеева. Для определения состава смеси проделаны следующие опыты:
Опыт 1. Навеску смеси тонких порошков А, Б и В массой 0,7210 г высыпали в концентрированный раствор NaOH на воздухе и нагрели. В результате выделился бесцветный лёгкий газ Г, образовался раствор 1 и осталось не растворившееся вещество В массой 0,5180 г (реакции 1 и 2).
|
|
|
Опыт 2. Осадок вещества В отфильтровали, отмыли от щёлочи и высушили, после чего его растворили в 30%-ном растворе азотной кислоты. При этом выделился газ Д с плотностью по водороду 14.88, и образовался раствор 2 (реакция 3).
Опыт 3. Раствор 2 упарили почти досуха и твёрдый остаток растворили в воде. К полученному раствору добавили раствор сульфида калия. Из раствора выпал чёрный осадок вещества Е (реакция 4) массой 0,5982 г. При отжиге Е на воздухе при 470 °C выделяется газ Ж и образуется оранжевое вещество З массой 0,5713 г (реакция 5).
Опыт 4. Раствор 1 осторожно нейтрализовали кислотой (реакции 6–7), полученный осадок отделили и обработали концентрированной соляной кислотой осадок частично растворился (реакция 8), а нерастворившийся остаток отделили от раствора 3 и прокалили (реакция 9). Масса полученного вещества И составила 0,1803 г.
Опыт 5. Через раствор 3 пропустили ток сероводорода (реакция 10), выпавший коричневый осадок К отделили, промыли, высушили и взвесили (масса – 0,1828 г).
Вопросы:
1) Определите вещества А–К. Приведите ваши рассуждения и расчёты. Учтите, что без обоснования ответ на этот вопрос не считается верным.
2) Напишите уравнения реакций 1–10.
3) Определите массовые доли A, Б и В в исходной навеске.
4) При сплавлении натрия с В образуется сплав X, содержащий 94,04 % В, из раствора X в этилендиамине в присутствии 2,2,2-crypt (см. рисунок)
можно выделить красные кристаллы ионного соединения Y. В таблице приведён состав Y:
| Na | В | C | N | H |
| 2,506 % | 56,459 % | 23,564 % | 3,053 % | 3,955 % |
Рассчитайте состав Y.
5) Известно, что в состав аниона Y входят атомы только одного сорта, предложите его строение, ответ обоснуйте.
ВНИМАНИЕ: при расчётах относительные атомные массы необходимо брать с точностью до третьего знака после запятой!
|
|
|
