ВсОШ 2025, 9–10 классы, №Н-3

Решение

В описании веществ и , представленном в условии задачи, приведена информация, которая позволяет определить класс соединений, к которому относятся эти вещества. Поскольку их низкое удельное электрическое сопротивление возрастает с повышением температуры, то они являются проводниками. С учётом того, что они обладают близкими химическими свойствами, можно предположить, что это два металла, относящихся к одной группе Периодической системы с молярной массой, отличающейся практически в два раза. Вероятные кандидаты – переходные металлы и 5d-ряда, относящиеся к одной группе. Однако и без данной подсказки решить задачу также возможно. Обратим внимание на обработку бинарного соединения с помощью реагента состава . В ходе неё образуется целевой продукт и побочное вещество состава . и представляют собой два элемента-неметалла, относящиеся к одной группе Периодической системы и обладающие валентностями и соответственно. Наиболее вероятные кандидаты на эту роль – халькогены, причём, скорее всего, кислород и сера, поскольку дальше перекристаллизация вещества осуществляется именно из шестимолярной серной кислоты. Исходя из данного предположения определим элемент :

г мо ль

моль + M(Z) г

моль Данной молярной массе соответствует хлор, поэтому вещество действительно обладает формулой , а – . Поскольку соединение является бинарным, логично предположить, что оно представляет собой некоторый летучий хлорид, обработкой которого с помощью триоксида серы вероятно получают некоторый безводный сульфат. При перекристаллизации из концентрированной серной кислоты вероятно образуется кристаллогидрат этой соли, который впоследствии разлагается при до . Конечный продукт термического разложения кристаллогидрата является твёрдым оксидом некоторого элемента состава . Тогда состав изначальной соли можно описать формулой , а промежуточный продукт термолиза – соединение – обладает формулой . Тогда на первой и второй стадиях разложения удаляется кристаллизационная вода, а на третьей и четвёртой – фрагменты триоксида серы, поскольку реакция протекает без изменения степеней окисления элементов. Используя соотношение молярных масс веществ и , получаем:

Дальнейшее решение может осуществляться с помощью двумерного подбора с неизвестными параметрами и , однако можно также воспользоваться соотношением молярных масс веществ и (или и , чтобы получить ещё одно уравнение связи параметров:

Приравняв друг к другу два выражения для молярной массы элемента , получим уравнение с тремя целочисленными параметрами: , и :

При анализе таблицы заметна серия решений уравнения вида = , = , = , где – некоторое натуральное число. Подставив полученные решения в выражение для молярной массы металла, получаем:

Значению = соответствует молярная масса металла, равная г/моль, которой обладает гафний. К такому же результату перебора можно прийти, используя лишь первое соотношение. Соответствующие формулы веществ: – , – , – , – . С помощью массы твёрдого остатка при образовании можно определить его простейшую формулу – . Неизвестная масса твёрдого остатка при образовании безводного сульфата гафния составляет . Побочным продуктом при получении безводного сульфата гафния по реакции с является оксохлорид серы , что позволяет идентифицировать изначальное бинарное вещество как хлорид гафния – . Гафний собственных минералов не образует и зачастую сопутствует цирконию, поэтому – . Поскольку вещества и обладают низким удельным электрическим сопротивлением, то являются соответствующими простыми веществами – цирконием – и гафнием – .

Оставшиеся два соединения: ацетилацетонат гафния – и тетраацетат циркония – , – образуются в результате обычных реакций ионного обмена. Структурная формула ацетилацетоната гафния представлена на рисунке, координационное число центрального атома равно .

Уравнения реакций : + + + + + + + + + +