Неизвестная соль Х1 металла Х растворима в воде, а при электролизе её водного раствора может быть получена хлорная известь (р-ция 1). Неизвестная соль Y1 металла Y растворима в воде, она окрашивает пламя в жёлтый цвет, водный раствор этой соли окрашивает метилоранж в жёлтый цвет. К раствору Y1 добавляли по каплям азотную кислоту (р-ция 2) до тех пор, пока метилоранж не стал красным. К этому раствору добавили нитрат серебра, наблюдали выпадение жёлтого осадка (р-ция 3).
К раствору соли Y1 по каплям при интенсивном перемешивании прибавили 12,1 мл 40,0%-ного раствора Х1 ( = 1,396 г/см3 ) до выпадения белого осадка Z (р-ция 4), массовая доля Х в котором равна 38,03%. Осадок Z отфильтровали, к фильтрату добавили избыток азотной кислоты и нитрата серебра, масса выпавшего при этом белого творожистого осадка составила 17,45 г. Если образовавшийся осадок Z не отфильтровать быстро, он постепенно превращается в кристаллический продукт M (р-ция 5), играющий важную роль в организме человека. При прокаливании Z его масса уменьшается на 1,90% (р-ция 6).
1. Определите металлы X, Y и неизвестные вещества X1, Y1, Z, М, зная, что в состав Z входит три аниона, а в состав М только два. Ответ обоснуйте, подтвердите расчетом.
Хлорная известь – это CaOCl2, значит X – Ca, а Х1 – CaCl2.
Соль металла Y окрашивает пламя в желтый цвет, значит Y – это натрий.
Жёлтые соли серебра – это фосфат и иодид, однако при смешении Y1 с солью кальция выпадает осадок, значит Y1 – это фосфат натрия Na3PO4. Об этом также свидетельствует щелочная среда раствора (окраска индикатора). Вычислим количество вещества CaCl2, добавленного для получения Z:
Вычислим количество вещества AgCl, выпавшего из фильтрата:
Таким образом, хлорид-ионы остались в растворе, значит, в осадке Z хлорид-ионов нет.
Найдем молярную массу Z в расчете на один Ca:
г/моль
Фосфат натрия гидролизуется в водном растворе:
Запишем формулу Z, состоящую из катиона кальция и анионов фосфата, гидрофосфата и гидроксида: Cak(PO4)l(HPO4)m(OH)n, и составим уравнения, используя молярную массу и принцип электронейтральности:
Лучший вариант k = 9, l = 5, m = 1, n = 1, что соответствует
Z = Ca9(PO4)5(HPO4)(OH)
Данный вариант решения очень чувствителен к точности вычисления. Рассмотрим альтернативный способ:
Если состав Cak(PO4)l(HPO4)m(OH)n, то при его разложении потеря массы будет связана с удалением воды, молярная масса которой равна 18,015, значит молярная масса в расчёте на одну молекулу воды:
г/моль
Откуда получаем оценку для k = 948,16 / 105,275 = 9.
Для большего числа молекул воды k увеличивается в h раз, где h – число молекул воды. Если при разложении выделяется одна молекула воды, то . Суммарный заряд катионов кратен 3, следовательно, и для одной молекулы воды m = n = h. Тогда уравнение электронейтральности можно переписать:
Для получаем ответ Z = Ca9(PO4)5(HPO4)(OH).
Основу кости составляют коллагеновые волокна, окруженные кристаллами гидроксиапатита:
М = Ca5(PO4)3OH
Соединение Y1 не может быть гидрофосфатом натрия, т.к. хорошо известно, что при смешении концентрированного раствора хлорида кальция с гидрофосфатом натрия образуется брушит . Кроме того, наличие в составе осадка Z трёх анионов PO4 3–, HPO4 2– и OH– с преобладанием PO4 3–, однозначно свидетельствует в пользу Y1=Na3PO4.
2. Запишите уравнения реакций 1 – 6.
3. Найдите массовые доли всех веществ в растворе, полученном смешением 90 г 6%-ной соляной кислоты и 10 г вещества Y1.
При добавлении фосфата натрия к раствору соляной кислоты последовательно протекают следующие реакции:
Как видно из сравнения количества вещества реагентов, первая и вторая реакции протекают полностью, на это будет израсходовано 0,122 моль соляной кислоты. Останется 0,026 моль, значит, в ходе третьей реакции образуется 0,026 моль H3PO4 и будет израсходовано столько же NaH2PO4, т.е. его количество составит моль. Количество моль хлорида натрия будет равно количеству вещества HCl.
В ходе реакций газы и осадки не выделяются, значит, в конечном растворе m(раствора)