ВсОШ 2025, 10 класс, №10-1
Растворение вещества массой г в горячей разбавленной серной кислоте приводит к образованию соединения и выделению мл , мм рт.ст.) газа (р-ция . Если к полученному раствору добавить раствор гидроксида натрия, то выпадает осадок (р-ция , который при нагревании образует вещество (р-ция . Прокаливание вещества при очень высокой температуре (до приводит к образованию соединений и (р-ция .
Вопрос . Установите формулы веществ – . Ваш ответ обоснуйте, в том числе расчетом.
Формула .
Обоснование и расчёты приведите в полном решении.
Формула .
Формула .
Формула .
Формула .
Формула .
Вопрос 2. Запишите уравнения реакций – . Часто для получения металлов используют восстановление водородом, однако при нагревании в токе водорода при образуется , а потеря массы составляет %.
Ответ приведите в полном решении в конце задачи.
Вопрос . Определите состав , подтвердите расчетом.
Формула G.
Обоснование и расчёты приведите в полном решении.
Вопрос 4. Предложите метод получения металла, входящего в состав веществ , и – , из вещества белого цвета. Запишите уравнения всех химических реакций необходимых для осуществления превращений, укажите условия их проведения и выделения продуктов. Для очистки этого металла может быть использован процесс, разработанный в году Антоном ван Аркелем и Яном де Буром. В вакуумированном сосуде очищаемый металл нагревают с небольшим количеством иода. При соприкосновении с раскаленной вольфрамовой нитью пары образующегося высшего галогенида разлагаются, и металл осаждается в виде крупных кристаллов (р-ции и .
Ответ приведите в полном решении в конце задачи.
Вопрос 5. Объясните возможность использования небольшого количества иода, а также запишите уравнения реакций и .
Ответ приведите в полном решении в конце задачи.
Вопрос 6. Как будет зависеть скорость осаждения металла на вольфрамовой нити в зависимости от температуры очищаемого металла? Изобразите схематично, обоснуйте характер предполагаемой зависимости.
Ответ приведите в полном решении в конце задачи.
Полное решение задачи.
Введите решение текстом и/или прикрепите фото или PDF.
Ответ
Решение
. Учитывая описание химических процессов, указанных в условии, логично предположить, что – сульфат металла, – его гидроксид, – соответствующий ему оксид, который в результате прокаливания разлагается. Тогда, соединениями и могут быть: металл, оксид металла (в другой степени окисления, чем в соединении , кислород. Разбавленная серная кислота является окислителем только за счет катионов водорода, значит газ – водород: = = = моль Установим зависимость молярной массы неизвестного металла от его валентности: + +
Перебирая целочисленные значения , можно выйти на такие металлы как медь = и иридий = . Однако они не будут взаимодействовать с разбавленной серной кислотой. Следовательно, соединение – оксид металла. Противоречие с выделением водорода при реакции оксида металла с кислотой можно объяснить лишь тем, что оксид металла проявляет восстановительные свойства за счет низкой степени окисления металла. Тогда M(M) = , где – число отданных металлом электронов. Рассматривая соответствующие варианты: , , , наиболее логичным представляется оксид титана(II), который легко окисляется даже разбавленной серной кислотой.
. Уравнения реакций:
. При оксид титана(IV) взаимодействует с водородом, однако происходит лишь частичное восстановление, и получить чистый металл таким образом не удается: + + Состав можно установить по потере массы. При восстановлении оксида водородом потеря массы связана с потерей кислорода:
Откуда = = = => = или Восстановление оксида титана до металла проблематично, поэтому лучше использовать так называемое восстановительно хлорирование в присутствии углерода при нагревании. Образующийся улетает из сферы реакции в виде газа и может быть сконденсирован при охлаждении. Восстановление тетрахлорида титана магнием позволяет получить титан. Для отделения от достаточно отмыть его водой, а избавиться от избытка магния можно вакуумированием при нагревании. + + + + +
. Очистка титана приведенным методом включает в себя следующие процессы: реакция + реакция + После осаждения титана на нити выделившийся иод вступает в реакцию с новыми порциями металла. Т.е. иод практически не расходуется, а выполняет роль переносчика металла из холодной зоны в горячую. Такие процессы называются химическими транспортными реакциями.
. Скорость осаждения титана от температуры системы будет немонотонной: она достигает максимума к , затем резко падает при и снова поднимается от .
Такой характер зависимости можно объяснить возможностью образования различных веществ. При низких температурах образуется высший иодид титана , который обладает высокой летучестью. При температуре выше образуется иодид титана(II) , имеющий гораздо более низкую летучесть, которая становится существенной лишь при температуре выше .