ВсОШ 2024, 10 класс, №10-1
Золотая середина
Металлы и обычно встречаются в земной коре в близких по составу мышьяковосульфидных рудах. Несмотря на близость в Периодической системе, свойства этих металлов достаточно сильно отличаются. Они образуют сульфиды и аналогичного состава, в которых массовая доля серы различается на ‰. Оксид напрямую образуется при обжиге чёрного сульфида (р-ция . В то время как для получения оксида с аналогичной брутто-формулой требуется значительно большее число стадий исходя из чёрного сульфида . Его обжиг приводит к образованию наиболее устойчивого оксида – соединения (р-ция . Оно легко растворяется в соляной кислоте с образованием окрашенного раствора вещества (рция , при добавлении к которому смеси гипохлорита и гидроксида натрия образуется чёрный осадок (р-ция , который при осторожном нагревании разлагается до оксида (р-ция . При растворении оксида в концентрированной соляной кислоте происходит выделение жёлто-зелёного газа и образуется интенсивно-синий раствор соединения (р-ция . При добавлении к нему избытка смеси гипохлорита и гидроксида натрия образуется буро-коричневый осадок (р-ция , состав которого аналогичен веществу . Дополнительная информация:
. Нагревание в токе водорода при приводит к потере массы .
. Для анализа состава навеску = мг) растворили в растворе , раствор перенесли в колбу на . На титрование аликвоты мл в среднем ушло мл М раствора Трилона-Б1. Задания:
Установите элементы и .
Обоснование, расчёты и уравнения приведите в полном решении.
Элемент .
Элемент .
Определите молекулярные формулы соединений и .
Обоснование, расчёты и уравнения приведите в полном решении.
Формула .
Формула .
Формула .
Формула .
Формула .
Формула .
Формула .
Формула .
Формула .
Напишите уравнения реакций – .
Ответ и обоснование приведите в полном решении в конце задачи.
В какой цвет окрасится раствор вещества при добавлении избытка гидроксида натрия? Напишите уравнение протекающей р-ции и приведите формулу образующегося вещества .
Обоснование, расчёты и уравнения приведите в полном решении.
Цвет раствора.
Формула .
Определите степени окисления и координационные числа всех катионов, входящих в состав . В каком известном структурном типе кристаллизуется это соединение? Динатриевая соль ЭДТА Обоснование, расчёты и уравнения приведите в полном решении.
Первая степень окисления.
Координационное число для первой степени.
Вторая степень окисления.
Координационное число для второй степени.
Структурный тип.
Полное решение задачи.
Введите решение текстом и/или прикрепите фото или PDF.
Ответ
Решение
Определим элементы и исходя из разности массовых долей серы в сульфидах и одинакового состава. Представим формулы этих веществ в виде и , тогда:
= | | =
|M(Y) M(X)|
= =
+ + Такая крайне небольшая разница массовых долей серы в сульфидах с одинаковой формулой возможна при очень близких молярных массах элементов и M(X) M(Y), расположенных в соседних ячейках Периодической системы. Два соседних элемента, обладающих столь близкими молекулярными массами и одинаковыми степенями окисления в природных сульфидах, могут представлять собой кобальт и никель или пару лантанидов. Однако лантаниды в основном образуют оксидные минералы, в то время как никель и кобальт, напротив, встречаются в мышьяковистых-сернистых рудах. Для никеля характерно образование сульфида в степени окисления , тогда это и . Проверим своё предположение путём расчёта массовой доли серы в этих веществах:
в = =
в = =
= =
Данная разность массовых долей серы в соединениях соответствует условию задачи, поэтому – , – , – , – . При обжиге сульфида кобальта образуется оксид – , состав которого можно определить исходя из потери массы при нагревании оксида в токе водорода. При этом может происходить как частичное (до CоО), так и полное восстановление (до металла):
+ = +
или
+ = +
Потеря массы в первом случае:
= ; х =
во втором:
= ; х =
В первом случае степень окисления кобальта в больше , что не имеет смысла. Во втором – .
Таким образом, при обжиге сульфида двухвалентного кобальта образуется смешанный оксид – , тогда оксид никеля обладает такими же индексами в формуле: – . При окислении сульфида никеля кислородом воздуха при повышенной температуре образуется оксид двухвалентного никеля – . Его растворение в разбавленной соляной кислоте позволяет получить окрашенный раствор хлорида никеля – . Определим молярную массу в расчёте на атом никеля: ) ) = = г⁄моль C(Трилон-Б) Трилон-Б) Если вычесть молярную массу никеля: – г/моль Таким образом, окисление щелочным раствором гипохлорита натрия приводит к образованию метагидроксида трёхвалентного никеля – . При растворении смешанного оксида кобальта в концентрированной соляной кислоте образуется насыщенно-синий раствор тетрахлорокобальтата водорода – . Его окисление с помощью гипохлорита натрия в щелочной среде позволяет получить метагидроксид – . При обработке тетрахлорокобальтата водорода избытком гидроксида натрия образуется окрашенный в интенсивно-синий цвет тетрагидроксокобальтат натрия – . Уравнения реакций :
. + +
. + +
. + +
. + + + +
. + +
. + + +
. + + + +
. + + + или + + + Смешанный оксид кобальта относится к структурному типу прямой (нормальной) шпинели. Один атом кобальта в его составе обладает степенью окисления и находится в тетраэдре из кислородов (КЧ = , в то время как два оставшихся характеризуются степенью окисления и занимают октаэдрические позиции (КЧ = . Причиной этого является большая энергия предпочтения октаэдрического окружения для в сравнении с .