ВсОШ 2024, РЭ, 11 класс, №2
В году французский химик Пьер-Джозеф Макер обнаружил, что при длительном кипячении образца «прусского синего» с раствором гидроксида калия его синий цвет исчезает, а после отделения бурого осадка из фильтрата при охлаждении можно выделить светло-жёлтые кристаллы вещества . В вакууме вещество разлагается Василёк синий (лат. Centauréa-cyánus) в несколько стадий. На первой стадии протекает его полное обезвоживание (р-ция , при более высокой температуре происходит дальнейшее разложение (р-ция с образованием простого вещества , соли и крайне ядовитого газа , который используют в органическом синтезе и в качестве горючего газа для сварки тугоплавких металлов. При взаимодействии г с избытком образуется г и простое вещество (р-ция . Образец вещества высушили в вакууме, потеря массы составила . Далее исследовали разложение безводного вещества. Навеску массой г нагрели в инертной атмосфере в тигле, закрытом крышкой, масса твердого остатка составила мг. При взаимодействии с нитритом калия в кислой среде образуется газ и другие продукты (р-ция . К полученному раствору добавили концентрированный раствор медного купороса, при этом выпал осадок, который отделили, промыли водой и внесли в насыщенный раствор гидрокарбоната натрия (р-ция . После отделения осадка из полученного раствора и упаривания фильтрата образовались тёмно-красные кристаллы . Из г было получено г с выходом .
Определите вещества – , ответ обоснуйте.
Обоснование, расчёты и уравнения приведите в полном решении.
Формула .
Формула .
Формула .
Формула .
Формула .
Формула .
Формула .
Запишите уравнения реакций – .
Ответ и обоснование приведите в полном решении в конце задачи.
Определите массовые доли веществ в твердом остатке после прокаливания в тигле под крышкой.
Обоснование, расчёты и уравнения приведите в полном решении.
, %.
, %.
, %.
Полное решение задачи.
Введите решение текстом и/или прикрепите фото или PDF.
Ответ
Решение
. Прусский синий, берлинская лазурь, турнбулева синь – это названия синего красителя, образующегося при смешении растворов солей железа(II) и красной кровяной соли, или солей железа(III) и жёлтой кровяной соли. При кипячении в щелочной среде происходит восстановление цианидного комплекса железа(III) до жёлтой кровяной соли (вещество А) с выделением кислорода. При обезвоживании потеря массы составляет , что позволяет определить молярную массу этого соединения:
при = г/моль, что соответствует молярной массе . Тогда состав – . При разложении в условиях динамического вакуума выделяется ядовитый газ, простое вещество и соль. Вероятно, соль – это цианид калия, т.к. другие соли калия ожидать сложно. В условиях разложения можно ожидать образования простых веществ , и . Взаимодействие этого простого вещества с газом приводит к образованию простого вещества и вещества , причём масса мало отличается от массы простого вещества , что возможно в случае большой молярной массы , таким образом, – это железо. Тогда – это дициан . В расчёте на атомов железа в формульной единице, молярная масса равна:
M(E) = =
При = М(Е) = г/моль, что соответствует соединению - цементит. Тогда простое вещество – это . Из г максимально можно получить г вещества , тогда M(G) = г/моль в расчете на атом железа на формульную единицу. В состав , вероятно входят , , азотистая кислота в кислой среде проявляет окислительные свойства, о чем свидетельствует выделение дициана, в составе можно ожидать . Для подбора состава необходимо учитывать электронейтральность соединения. Вычисленной молярной массе соответствует – нитропруссид натрия.
. Уравнения реакций:
=
= + +
+ = +
+ + =
= + + +
+ =
= + + +
. При разложении в тигле под крышкой газообразный дициан улетучивается не полностью и частично реагирует с железом. Рассмотрим данный процесс как последовательный: сначала протекает р-ция , затем р-ция . В ходе р-ции из г желтой кровяной соли образуется мг железа и мг цианида калия, т.е.
г. Пусть х мг железа вступили в реакцию дицианом по р-ции , тогда масса составит х, а масса твердого остатка разложения составит:
+ х = мг => х мг,
тогда мг, m(Fe) = – = мг, = ; %, %, %.