ВсОШ 2024, РЭ, 9 класс, №4
Дальтониды и бертоллиды
Совершенно ясно что в равновесных системах дискретность и непрерывность взаимно сочетаются и существуют друг рядом с другом. Н.С. Курнаков, «Соединение и химический индивид», г.
В Николай Семенович Курнаков показал, что некоторые твердые растворы могут обладать всеми свойствами индивидуального соединения, но не отвечают постоянному составу. Соединения, состав которых постоянен, он назвал дальтонидами, а соединения, НЕ отвечающие постоянному составу – бертоллидами. В году Вёлер прокаливал вольфрамат натрия с триоксидом вольфрама в токе водорода, в зависимости от соотношения реагентов получая вещества состава с разными значениями .
Определите х для одного из таких веществ, если в нём = . Составьте уравнение реакции его получения Вёлером (р-ция .
Значение . Уравнение приведите в полном решении.
Бинарное соединение А* в учебных пособиях часто ошибочно считается дальтонидом, при этом ему приписывается формула . А* может быть получено разложением соли Б в инертной атмосфере (р-ция , при этом окончательный состав А* может зависеть как от температуры, так и от остаточного давления газа . При растворении образца А* в разбавленной кислоте получен раствор двух солей и Г в мольном соотношении : (р-ция . Соль Г выпадает из водного раствора в виде кристаллогидрата Д, медленное нагревание которого в интервале на воздухе приводит к отгонке конденсата, содержащего кислоту , и красному твердому продукту (р-ция . В других условиях реакция А* приводит к образованию раствора соли (р-ция и сопровождается выделением газа. Информация о массовой доле катиона металла в солях:
| Б | Г | ||
|---|---|---|---|
| ω(катион) |
Определите зашифрованные в условии вещества – , , , решение обоснуйте. Для А* используйте молекулярную формулу, содержащую один атом неметалла, а нестехиометрическое содержание металла в формуле выразите индексом в виде десятичной дроби. Запишите уравнения реакций – .
Ответ и обоснование приведите в полном решении в конце задачи.
Рассмотрим А* как твердый раствор двух дальтонидов – и Ж.
Определите массовые доли этих дальтонидов в бертоллиде А*.
Обоснование, расчёты и уравнения приведите в полном решении.
, %.
, %.
Полное решение задачи.
Введите решение текстом и/или прикрепите фото или PDF.
Ответ
Решение
. Выразим молярную массу и массовую долю натрия в нём:
= + + = + ;
= = , откуда х = . Реакция, осуществленная Вёлером:
+ + = +
Допустима запись уравнения с коэффициентами кратными приведенным.
. По условию растворение А* в кислоте сопровождается только образованием двух солей, можно предположить, что в составе бинарного А* содержится металл в двух различных степенях окисления, тогда при растворении в кислоте образуются соли и Г состоящие из аниона кислоты и металла в соответствующих степенях окисления. Пусть = , Г = , причем > судя по тому что массовая доля в Г больше. Выразим массовые доли в составе солей: = M(M)/(M(M) + , откуда
= – = M(M),
аналогично для Г:
= ω(Г) – = M(M).
Откуда = . Либо проявляет степени окисления в и в Г, либо в и в Г. Предпочтительнее выглядит первый вариант, поскольку соединения металлов в высоких степенях окисления не склонны растворяться в кислотах. Достаточно взглянуть в таблицу растворимости, чтобы очертить круг металлов, проявляющих устойчивые степени окисления и в растворимых солях – это железо и хром. Упоминание в школьных пособиях ограничивает рассмотрение , , , , для которых степени окисления и также характерны, но либо соединения не изучают в школе , либо имеются сомнения в устойчивости водного раствора, содержащего , , . Для хрома М(Z) = = г/моль для одновалентного аниона, г/моль для двухвалентного и г/моль для трехвалентного.
Для железа М(Z) = = г/моль для одновалентного аниона, г/моль для двухвалентного и г/моль для трехвалентного. Среди анионов распространенных кислот подходит сульфат-анион, = . Следовательно соли и Г это и , соответственно. Выйти на эти формулы можно, вспомнив что один из оксидов железа красного цвета, а старинный способ получения серной кислоты – прокаливание купоросов. В этом случае достаточно будет подтвердить свой выбор по массовой доле металла в соли. При растворении А* в кислоте других веществ кроме солей и Г не указано, следовательно А* оксид железа, содержащий одновременно и . По условию формульная единица А* содержит лишь один атом кислорода, в таком случае А* = . Составим уравнение его растворения в кислоте:
+ = – + – + ,
по условию – – = , откуда у = . Формула нестехиометрического оксида А* = , значит = . Соль Б в таком случае содержит двухвалентное железо, а ее кислородсодержащий анион разлагается при нагревании с выделением летучего газа (либо других веществ, не загрязняющих твердый целевой продукт).
= = ,
для соли . Для k-валентного аниона получим M(Z) = , откуда при = подходит сульфит-ион, таким образом Б = . Разложение соли Б при сопровождается выделением не только , но и кислорода, поскольку происходит повышение степени окисления железа при образовании А*. По этой причине имеет место зависимость состава А* от давления = . Кристаллогидрат железного купороса имеет состав Д = и доступен из отходов металлообработки, а при его разложении получают красящий пигмент = . также выступает в роли катализатора окисления до и способствует появлению серной кислоты среди продуктов разложения на воздухе.
| А* | Б | Г | Д | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Уравнения реакций:
= + х + +
Уравнение записанное в таком виде трудно ожидать от школьников, поэтому в качестве правильного ответа можно засчитывать:
= + +
и = + +
в этом случае в качестве газа за верный ответ можно считать =
+ = + +
= + +
или =
+ (конц) = + Верными считать уравнения с участием , в которых коэффициенты будут кратны приведенным.
. Не указанный в условии оксид железа стехиометрического состава это = , пусть на моль в твердом растворе приходится моль . Индекс железа в смеси составит + + = , откуда = моль . Выразим его массовую долю в А*:
= = ,
значит = – = .