ВсОШ 2025, 9–11 классы, №Н-7

Соль является распространенной пищевой добавкой, регулятором кислотности, антиобледенителем в авиации, компонентом некоторых огнетушителей, а также всегда присутствует в таблицах растворимости. Интересно, что коммерчески доступной под названием «соль А» зачастую оказывается соль , из которой соль может быть получена при небольшом нагревании °С) в вакууме. При стоянии на воздухе при °С соль переходит в соль , а из нее в . Соль может быть получена только при перекристаллизации , или при °С. Состав и и структуры всех солей удалось установить только в г. На рисунке показаны фрагменты кристаллических структур солей, указаны средние длины связей в анионе, а также изображены фрагменты ИК спектров твердых солей и график потери массы при прокаливании одной из солей.

Н-7: схема или рисунок к условию, фрагмент 1, страница 13

Чтобы идентифицировать содержимое имеющейся в лаборатории банки с надписью «соль А», извлекли образец и подвергли его рентгеновскому исследованию, установив, что сингония кубическая, = , = . Индицирование рентгенограммы порошка этой соли дало индексы Миллера некоторых рефлексов (тройки чисел на рисунке), которые можно использовать для определения параметра ячейки .

Н-7: схема или рисунок к условию, фрагмент 2, страница 13

Задание:

Вопрос . Установите качественный и количественный состав солей . Ответ подтвердите расчетом.

Формула .

Обоснование и расчёты приведите в полном решении.

Войдите, чтобы проверять ответы

Формула .

Войдите, чтобы проверять ответы

Формула .

Войдите, чтобы проверять ответы

Формула .

Войдите, чтобы проверять ответы

Вопрос 2. Нарисуйте схематично все типы координации, которые дает анион в приведенных на рисунке фрагментах структур солей . Для примера ниже показаны некоторые типы координации нитрат-аниона к металлам.

Н-7: схема или рисунок к условию, фрагмент 1, страница 14

Ответ приведите в полном решении в конце задачи.

Вопрос 3. Проиллюстрируйте второй процесс потери массы соли %) уравнением химической реакции (подтвердите расчетом), учитывая, что газообразный продукт вызывает выпадение желтого осадка при пропускании через раствор иода в щелочи (для этой реакции тоже приведите уравнение). Что будет происходить с образцом при дальнейшем нагревании (выше °С)? Напишите уравнение реакции.

Ответ приведите в полном решении в конце задачи.

Вопрос 4. В приведенном фрагменте ИК спектров солей в наибольшей степени проявляются различия между ними. Чему соответствуют полосы поглощения при ? Почему в ИК спектре соли присутствует слабая полоса в этой области?

Ответ приведите в полном решении в конце задачи.

Вопрос . Определите значение параметра ячейки с точностью до Å. Какая соль была в банке – , , или ? Ответ подтвердите расчетом молекулярной массы.

Справочная информация: , , – индексы Миллера плоскостей в кристалле, например для дифракционного пика = , = , = ; – межплоскостные расстояния в кристалле; – параметр элементарной кубической ячейки; связь с параметром дается уравнением: = , где = Å.

Параметр ячейки a, Å (до десятых).

Обоснование и расчёты приведите в полном решении.

Войдите, чтобы проверять ответы

Соль в банке.

Выберите один ответ

Войдите, чтобы проверять ответы

Полное решение задачи.

Введите решение текстом и/или прикрепите фото или PDF.

Фото или PDF, до 20 МБ на файл, до 10 файлов. Ответ проверят вручную.
Войдите, чтобы проверять ответы
Ответ

Решение

Из описания и рисунка следует, что катион и анион в ряду солей идентичные, и, по-видимому, речь идет о безводной соли и ее различных гидратах. Установим анион. Его геометрия, включая длины связей, и присутствие соли в таблицах растворимости свидетельствуют о том, что это ацетат-анион. В таком случае зеленые шары – атомы кислорода, розовые – атомы водорода, а коричневые – атомы углерода. Значит, синие шары – катионы металла. Соединение , очевидно, представляет собой безводную соль. Следовательно, остальные соли действительно гидраты. Определим простейшие составы . Соль : на катиона аниона, состав MOAc, где – ацетат-анион. Значит, катион – однозарядный. Соль : на катионов анионов и молекулы воды, состав или . Соль : на катиона аниона и молекулы воды, состав или .

Соль : на катиона аниона и молекулы воды, состав или . Потеря массы в интервале соответствует удалению координированной воды, значит, прокаливают кристаллогидрат, т.е. одну из солей , или , причем образуется безводная соль, т.е. . Используя это, установим металл.

. Только при = , т.е. для соли получается разумный вариант с Ar(M) =

– калий. – , – , – , – . Всего на рисунке имеется различных типов координации

Н-7: схема или рисунок к решению, фрагмент 1, страница 22

Н-7: схема или рисунок к решению, фрагмент 3, страница 22

Н-7: схема или рисунок к решению, фрагмент 2, страница 22

Н-7: схема или рисунок к решению, фрагмент 4, страница 22

Н-7: схема или рисунок к решению, фрагмент 7, страница 22

Н-7: схема или рисунок к решению, фрагмент 5, страница 22

Н-7: схема или рисунок к решению, фрагмент 6, страница 22

В соли все ацетат-анионы хелатно-мостиковые, в солях и , напротив, только мостиковые, причем соль не добавляет новых типов координации по сравнению с солью . В соли присутствуют разные типы координации. Соль при прокаливании сначала теряет воду, затем уже безводный ацетат калия разлагается с образованием карбоната и выделением ацетона (подтверждение – галоформная реакция). Нагревание карбоната калия выше вызывает его разложение на и .

При разложении до карбоната образец теряет (по данным из графика потери массы) + = . Проверим: Δm,% = = = – согласуется. Инфракрасный (ИК) спектр — функция интенсивности пропущенного через образец ИК излучения от его частоты. Поглощение происходит на тех частотах, энергия которых соответствует энергиям возбуждения колебаний в изучаемых молекулах или фрагментах молекул. В солях одинаковые анионы и природа связей металл-кислород. Моды координации хотя и немного отличаются, но это будет отражаться в малых изменениях ИК-спектров в областях и . Принципиально соли различаются содержанием воды и характером образуемых водой водородных связей в кристаллической упаковке. Поэтому наибольшие различия в ИК спектрах этих солей будут относиться к колебаниям OH-групп. Из рисунка следует, что чем больше содержание воды, тем интенсивнее полосы поглощения в области . Безводный ацетат (соль А) не должна иметь полосы поглощения в этой области, однако, он гигроскопичен, в связи с чем в ходе измерений возможно незначительное поглощение воды из атмосферы и появление, как мы видим из экспериментального спектра, малоинтенсивной полосы поглощения. Обработаем данные из рентгенограммы соли из банки. Цена деления на оси абсцисс на рисунке составляет – = градуса по . Оценим по рисунку угловые положения трех показанных пиков и занесем данные в таблицу. Также из предложенных формул выразим формулу для расчета параметра .

Пик на рентгенограмме Угол , Угол , , Å
= Å

Для первого и третьего пиков их положение не совпадает с отметкой цены деления, а попадает на середину между соседними отметками, поэтому мы взяли среднее значение. На самом деле, максимальная относительная погрешность, которую можно ожидать при ошибке на половину цены деления , составляет = . Она приводит к погрешности в оценке параметра равной = = Å, что не больше допустимого по условию округления. Итак, зная параметр ячейки, оценим молекулярную массу соли в банке. = = = г/моль Эта молекулярная масса соответствует составу , что наиболее близко составу соли . С учетом максимальной погрешности параметра в Å молекулярная масса может варьироваться от до г/моль, так что никак соль с ближайшим по составу гидратом = г/моль) и тем более безводной солью = г/моль) перепутать нельзя.

Литература: . Kalle, . Bezzubov, . Latipov, . Churakov, Inorg. Chem., , https://doi.org/10.1021/acs.inorgchem.4c05536

1

Установление металла – балла. Формулы солей , , , – по балла.

10
2

Типы координации – по балла.

4
3

Реакции разложения – по баллу. Иодоформная реакция – балла. Подтверждение расчетом карбоната калия – балл.

5
4

Верное отнесение полос – балл. Объяснение спектра соли – балл.

2
5

Расчет параметра ячейки – балла Расчет молекулярной массы и определение соли – по баллу

4
Максимум: 25

Похожие задачи

ВсОШ 2026, 10 класс, №1

Πάντα γεωμετρεί Платон Элементы A и Э входят в одну группу периодической таблицы Д.И. Менделеева и находятся в соседних клетках. Они образуют бинарные соединения: A3 имеет структуру пирита (рис. 1). Его получают по реакции в алмазной наковальне при 134 ГПа и температуре выше 2000 К (ρ = 6

ВсОШ 2026, 9 класс, №5

Переменчивые кристаллы Бинарное неорганическое соединение X может существовать в двух кристаллических модификаци ях: низкотемпературной форм е X1 и высокотемпературной форме X2. Элементарные ячейки этих форм и некоторые их кристаллографические характеристики представлены ниже.

ВсОШ 2025, 9 класс, №Н-2

Анионы X1-X6 объединяют в общую группу, которую в 1925 году Лотар Биркенбах назвал «...»-анионы. Эти анионы имеют различный качественный и количественный состав, также различное строение. Они находят широкое применение в различных областях химии. Для извлечения металла A1

ВсОШ 2024, 9 класс, №9-2

«Улавливай!» На одном из химических производств лаборанты смастерили газоанализатор, включающий герметичную камеру (заполненную азотом) для прокаливания твердых веществ, соединённую с тремя U-образными трубками, через которые последовательно пропускали продукты разложения исследуемого образца. Содер