ВсОШ 2026, 9 класс, №Н-1
(только для класса)
«Выручай, сосед!»
Металл А не имеет своих минералов, его получают преимущественно переработкой отходов производства элементов , и , соседствующих с ним в длиннопериодной версии Периодической Таблицы. Элементы , и в природе встречаются в виде бинарных веществ , и . Особенностью этих достаточно распространенных минералов является то, что на один атом металла в их стехиометрической формуле приходится одна и та же масса неметалла, а массовая доля металла в больше, чем в . При разложении безводного оксалата Б элемента А при температуре около °С потеря массы составляет % (р-ция ), при этом образуется смесь газов с относительной плотностью по воздуху и твердый оксид В черного цвета, отвечающий целой степени окисления А. Растворение в соляной кислоте сопровождается образованием соли Г и выделением бесцветного газа (р-ция ). Для отделения металла А от хлорида металла смесь переплавляют с хлоридом натрия (р-ция ), при этом в шлаке концентрируется А в виде трёхэлементного соединения. Шлак обрабатывают серной кислотой, при этом осаждается в виде нерастворимой в кислотах соли ( р-ция ), из полученного раствора действием выделяют металл А (р-ция ). Для того, чтобы избавиться от избытка , слиток А переплавляют под слоем щёлочи (р-ция ). Металл выделяют и очищают ректификацией. Остатки ректификации подвергают плавке с едким натром при °С (р-ция не ошибка!) для удаления остатков . Затем проводят вторую плавку с добавлением для окисления А из металлического состояния в нерастворимый в щёлочи остаток (р-ция ). При плавке концентратов при высокой температуре происходит испарение и некоторых примесей, а затем их конденсация в виде пыли, которую растворяют в растворе , (р-ция ), далее добавляют М соляную кислоту и хлорид аммония для извлечения четырехэлементного соединения (р-ция ). Оставшийся раствор подвергают электролизу для получения металла А. Элементы и также являются соседями А по таблице, но почти никогда не загрязняют его источники: в условиях пирометаллургии слишком летуч, а заметно отличается по геохимическому поведению от А. Остальные соседи – часто загрязняют А. Действием водного раствора аммиака на загрязненный сернокислый раствор А отделяют , т.к. он единственный остаётся в растворе (р-ция ). Из выпавшего осадка извлечь можно путём добавления избытка натриевой щёлочи ( р-ция ). Металлический А очищают от нагреванием металла под слоем глицерина с + (р-ция ), а от – нагревая его с и отделяя солевой остаток от слитка (р-ция ).
Вопрос . Определите вещества А – Г. Запишите уравнения реакций и .
Формулы вводите латинскими буквами с обычными цифрами.
Вопрос . Определите элементы – .
Формулы вводите латинскими буквами с обычными цифрами.
Вопрос . Запишите уравнения реакций – .
Ответ приведите в полном решении в конце задачи.
Полное решение задачи.
Введите решение текстом и/или прикрепите фото или PDF.
Ответ
Решение
. Разложение оксалатов часто сопровождается восстановлением металла, входящего в его состав, а среди газообразных продуктов присутствуют и . Соотношение между которыми : , если степень окисления металла не изменилась в процессе разложения, а в случае полного восстановления металла, в продуктах отсутствует.
Определим молярную массу газообразной смеси М = Dотн· = г/моль. Пусть моль смеси содержит моль и ( – ) моль . Выразим молярную массу смеси и рассчитаем φ: + ( – ) = , откуда = , откуда : = : ( – ) = : ≈ : . Составим уравнение разложения: )х = + + ( х – ) , откуда ( х – ) / = или = , что с учетом невозможности получения оксалатов шестивалентных металлов дает основание сделать вывод , что степень окисления металла уменьшилась от + в оксалате до + в оксиде:
() = + ↑+ ↑.
Пусть М – молярная масса металла, тогда потеря %/% = = (газов)/(исх.соли). Рассмотрим разложение моль соли (исх.соли) = М + г; (газов) = · + · = г.
= / (М + ),
откуда М = г/моль. Тогда = , Б = , В = , Г = , поскольку степень окисления + для индия наиболее устойчива в водном растворе. Составим уравнения реакций и :
. Отметим все металлы, которые окружают индий в таблице Менделеева, то есть являются его соседями. Среди них собственные распространенные бинарные минералы имеют , , и . Из-за того, что ртуть жидкая, вряд ли ее могли подвергать переплавке и собирать металлические остатки для этого, поэтому ряд «распространенных» элементов сократим до , и .
Цинк хорошо растворим в серной кислоте и вряд ли будет ею осаждаться, в то время как олово недостаточно сильный окислитель для того, чтобы перевести металлический индий в шлак, поэтому = . Судя по описанию , он растворяется в щелочах, следовательно проявляет ярко выраженные амфотерные свойства, откуда = . Олово может быть идентифицировано тем, что в сернокислом растворе преимущественно растворимо олово( в виде . Бинарными минералами, служащими сырьем для получения свинца, цинка и олова, подходящими под описание, являются = , = и = . Составим уравнения проведенных при извлечении реакций:
или + = +
) + = + ↑ (допустима запись
) + = + (или
. В условиях пирометаллургических процессов ртуть улетучивается, поэтому индий бывает ею загрязнен лишь в случае его восстановления амальгамой цинка (устаревшая технология), то есть = . Среди соседних элементов наиболее жесткой кислотой Льюиса и небольшим радиусом по сравнению с ионом + (что затрудняет их совместное вхождение в один и те же минеральные матрицы) является = .
. Сопутствующими индию элементами являются галлий, кадмий и таллий. В гидрометаллургическом методе разделения и при действии водного аммиака и при действии щелочи, индий осаждается из раствора в виде гидроксида. Кадмий образует устойчивый аммиакат, а галлий, подобно алюминию, реализует свои амфотерные свойства в избытке щелочи. = , = . Таллий, переходя в одновалентное состояние, проявляет высокое сродство к галогенам (подобно +), в такой степени, что даже способен вытеснять водород из хлорида аммония. = .
) + = или
| А | Б | В | Г | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|