ВсОШ 2026, 9–10 классы, №Н-3
(только для и классов)
Такой разный и такой один…
То, что восхищает нас в видимой красоте, это всегда лишь невидимое.
Простое вещество, образованное элементом , позволило совершить ряд фундаментальных открытий. При его взаимодействии с одним из сильнейших окислителей – бинарным веществом темно -красного цвета, образуется ряд похожих соединений, из которых можно выделить два основных – и . Их строение достаточно долго подвергалось обсуждению и сомнению, но на данный момент достоверно известно, что в их состав входит двухатомный катион (его масс-спектр приведен на рисунке).
При реакции с можно выделить продукты или , которые легко разлагаются во влажном воздуха. В ходе гидролиза мг выделяется мг и такое же количество можно получить при гидролизе мг . Молекулы вещества имеет октаэдрическое строение и конфигурацию центрального атома …. Следующим ярким открытием в химии оказался ряд веществ – , которые представляют собой твёрдые порошки и образуются при взаимодействии с газом (р-ции – ). Все эти соединения достаточно легко гидролизуются, а в ряду – молярная масса соединений возрастает. Стоит также отметить, что при гидролизе (р-ция ) и (р-ция ) образуется только по одному
веществу, содержащему элемент , а при взаимодействии с водой могут протекать две реакции (р-ции и ).
Вопрос . Определите соединения , , , , , – .
Формулы вводите латинскими буквами с обычными цифрами.
Вопрос . Запишите уравнения реакций – .
Ответ приведите в полном решении в конце задачи.
Вопрос . Изобразите пространственное строение молекулы .
Ответ приведите в полном решении в конце задачи.
Вопрос . Получение какого соединения в последствии привело к открытию и , а также положило начало исследованиям в этой области химии?
Формула соединения-прародителя.
Позже была показана необычная способность атомов выступать в роли лигандов. При пропускании мг через раствор мг (получен при взаимодействии мг металла с газом в смеси / образуются мг красных кристаллов вещества с выходом % при температуре − °С (р-ция ). Особенностью соединения является то, что металл в его составе проявляет необычную для него степень окисления. При разложении в вакууме образуется соединение (р-ция ), в котором атом металла сохраняет свою степень окисления, а потеря массы составляет %. В реакции помимо комплексообразования происходит окисление образованием трёхэлементного продукта . Анион соли имеет структуру четырёх последовательно соединённых между собой октаэдров, в соединение катион и анион входят в соотношении : . При гидролизе мг образуется
мл (при н.у.) газовой смеси, после пропускания её над нагретым медным порошком получили мл газа (при н.у.).
Вопрос . Определите металл С, соединения – и .
Формулы вводите латинскими буквами с обычными цифрами.
Вопрос . Напишите уравнение реакций – .
Ответ приведите в полном решении в конце задачи.
Вопрос . Как в лабораторных условиях добиваются температуры − °С?
Ответ приведите в полном решении в конце задачи.
Полное решение задачи.
Введите решение текстом и/или прикрепите фото или PDF.
Ответ
Решение
. Начать определение веществ, можно с расшифровки соединения . Окислительная способность этого вещества, а также строение его молекул наталкивает на мысль, что это фторид или оксид какого -то элемента в высокой степени окисления. Рассмотрим фторид – . Конфигурация будет соответствовать следующим ионам – +, +, +. Однако из всех вариантов возможным является фторид платины(. Таким образом, под описание подходит – . Оксиды мы исключили из рассмотрения, так как соединения состава с конфигурацией металла не существуют. В состав и входят двухатомные катионы. Учитывая, что является простым веществом, можно догадаться что, либо катионы могут быть состава , так и [ ZF]. Рассматривая первый вариант, можно понять, что значение молярной массы, лежит в диапазоне – г/моль и под это подходит только мышьяк, но для него маловероятно образование катионных структур . Предположим наличие фтора в катионе. Тогда диапазон значений молярной массы составляет
г/моль – г/моль. Под такие значение молярной массы элемента хорошо подходит катион +. Отсюда следует, что газ – . Теперь установим состав солей из расчета на один атом , посчитав молярные массы и . Массовая доля ксенона в и равна соответственно:
Тогда при расчете на один атом молярные массы будут равны: = г/моль и = г/моль. При вычитании массы фрагмента – г/моль, который вероятно сохраняется, следует, что остаток массы для равен г/моль. Значит, – +–. Теперь посмотрим на разницу масс и – г/моль, это соответствует добавке фрагмента . Значит, состав соли – +–. Теперь установим состав – . Единственный газ, который способен напрямую взаимодействовать с ксеноном – это фтор. Значит, – .
Набор же соединений – можно определить исходя из того, что в этом ряду молярная масса возрастает. Следовательно, – и – , – .
. Уравнения реакций:
) + = + + (единственный продукт)
) + = + (единственный продукт)
) + = + + (окисление)
) + = + + (диспропорционирование)
. Строение :
. +– – соединение, которое положило начало исследованиям в области химии ксенона, благодаря близким значениям потенциалов ионизации кислорода и ксенона.
. Начать определение веществ, можно с расшифровки соединения . Рассмотрим фторид , предварительно определив массовую долю фторид ионов:
| (), г/моль | ||
|---|---|---|
| − | ||
| − |
– , – . Теперь определим соль . Из структурного описания аниона соли, становится понятно, что он имеет состав –: атома сурьмы в центрах октаэдров и (· – ) = атомов фтора в вершинах. Рассчитаем его состав. Убыль объема газовой смеси при пропускании над медным порошком сопровождается взаимодействием с кислородом. Значит в ходе реакции протекает окисление воды:
На окисление воды требуется электрона. Значит на восстановление -х атомов ксенона приходится электрон. Отсюда можно предположить, состав соединения – . Следующим шагом определим, соотношение в котором реагируют фторид золота и ксенон:
На окисление уходит ммоль атомов ксенона. Это составляет одну треть от общего числа атомов ксенона. Следовательно, на комплексобразование уходит атома ксенона, так как атома ксенона уходят на продукт . Определим состав соли из расчета на один атом золота:
В предположении, что присутствует частица [ , исходя из стехиометрии, рассчитанной ранее, вычислим массу аниона:
Можно предположить, что в состав образующегося комплекса входят анионы, состоящие из октаэдров , общего состава . При этом золото по стехиометрии реакции должно восстанавливаться до степени окисления +:
Тогда в состав соли входят два аниона и их состав:
– . Осталось определить соль . По потери массы определим молярную массу:
Атом металла не изменяет степень окисления и вероятно в ходе реакции могут отваливаться фрагменты и . Причем значительная потеря массы позволяет предположить полное выветривание атомов . Остаток массы который приходится на анионы, равен г/моль, что соответствует двум ионам –. Тогда, – .
. Уравнения реакций:
Допустимо в качестве исходного реагента записать
. Температура – °С – это температура возгонки сухого льда. Готовят смесь на его основе