Ионные соединения неметаллов
Чаще всего бинарные соединения неметаллов, находясь в твёрдом состоянии, имеют молекулярное или атомное строение. Однако некоторые из них в твёрдом состоянии представляют собой ионные соединения. Такими, например, является оксиды A и B элементов X и Y, соответственно. Вещество A начинает разлагаться при температуре ниже комнатной, а B при небольшом нагревании (р-ции 1 и 2) При взаимодействии A с водой образуются две кислоты C и D (р-ция 3), а при реакции В с водой – только кислота E (р-ция 4). Вещество B способно вступать в обменную реакцию с безводной кислотой D (р-ция 5). В ходе реакции образуется кислота E и ионное соединение F. Мольные доли атомов кислорода в молекулах А и F равны и на 0.0357 больше, чем в молекуле B.
Для проведения анализа 0.100 г F растворили в 100 мл воды (р-ция 6), оттитровали аликвоту этого раствора объёмом 10 мл раствором NaOH (С = 0.0097 моль/л). Титрование повторили трижды, объём щелочи, пошедший на титрование: 14.1, 14.4 и 14.2 мл.
1. Вычислите суммарную концентрацию кислот в водном растворе F.
Соединение F при растворении в воде даёт две кислоты E и D. Вычислим концентрацию кислот в полученном растворе. Для этого определим средний объём щелочи, пошедший на титрование:
Суммарная концентрация кислот в растворе:
2. Определите элементы X и Y. Установите состав веществ А-F. Ответ подтвердите расчётом.
Если предположить, что при гидролизе F образуются кислоты E и D в соотношении 1 : 1, то количество вещества F может быть вычислено следующим образом:
следовательно
Соединение F (вследствие того, что описанная реакция его образования является реакцией обмена) состоит из катионов B и анионов A. Равенство мольных долей кислорода в A и F говорит о том, что в формульных единицах А и F одинаковое количество атомов кислорода. Чтобы установить точное соотношение атомов в соединениях, составим таблицу:
Как видно из таблицы, разность между мольными долями в 0.0357, указанная в условии задачи, достигается при соотношениях атомов 2:5 и 2:6.
Таким образом, в А и F соотношение атомов 2:6, а в B – 2:5, с преобладанием атомов кислорода. Невозможно предположить, что ионный оксид может содержать катионы Э5+ или О2–, значит катионы и анионы имеют сложный состав: ЭО3 –, ЭО4 – и ЭO2 +. Сочетание этого катиона и анионов может дать и Э2О5 = [ЭO2 + ][ ЭО3 – ], и Э2О6 = [ЭO2 + ][ ЭО4 – ].
Для F= [XO2 + ][ YО4 – ]. известна молярная масса:
B – ангидрид кислоты E, так как при его гидролизе образуется только она, а значит степень окисления элемента в этом соединении +5 и она устойчива к диспропорционированию: N2O5 и P2O5 формально удовлетворяют данному требованию, однако , а , что позволяет сделать однозначный выбор в пользу X = Cl, Y = N, A = [ClO2 + ][ClО4 – ], B = [NO2 + ][NО3 – ], E = HNO3, F = [NO2 + ][ClО4 – ].
При гидролизе Cl2O6 образуется раствор 2-х кислот: C = HCl+5O3 и D = HCl+7O4.
3. Изобразите структурные формулы катионов и анионов А и B, а также структурные формулы этих соединений в газовой фазе.
Для определения геометрического строения катионов и анионов можно воспользоваться методом Гиллеспи (метод отталкивания электронных пар валентной оболочки). Катион NO2 + – линейный, а ClO2 + – угловой, анион NO3 - – плоский, ClO4 – имеет тетраэдрическое строение.
4. Приведите уравнения реакций 1 - 5.
5. Приведите пример еще одного бинарного ионного соединения неметаллов, в состав которого входит элемент Х.
Примеров ионных соединений неметаллов не слишком много, среди соединений хлора – это PCl5, который в твердом виде состоит из тетраэдрических ионов PCl4 + и октаэдрических PCl6 -.