На изображенной ниже схеме приведены превращения соединений A – H, содержащих в своем составе элемент X:
Х – простое вещество, образованное элементом Х. При его взаимодействии со щелочью при нагревании образуется смесь веществ А и B (р-ция 1), а если реакцию проводить при пониженной температуре ( –5 оC), то образуется смесь веществ А и C (р-ция 2). Пропускание дифторида ксенона через водный раствор B (р-ция 3) приводит к образованию вещества D с тем же качественным, но иным количественным составом. Вещество D в одну стадию можно превратить в вещество A (р-ция 4). При взаимодействии X со фтором в CCl3F при –40 оC удается получить вещество E (р-ция 5), а дальнейшее фторирование 1 эквивалентом F2 приводит к образованию вещества F (р-ция 6), причем его масса на 27,76 % больше массы E. Вещество F можно в одну стадию превратить в вещество B (р-ция 7). E – летучая жидкость соломенного цвета (Tкип. = 125,8 оC), способная растворять золото (р-ция 9) с образованием соединения G (см. рисунок). Взаимодействие смеси X и F с избытком SbF5 (р-ция 10) происходит без изменения степени окисления сурьмы и приводит к образованию ярко-красных кристаллов вещества H (Tпл = 85,5 оC), содержащего два атома X на формульную единицу. Массовая доля X в H cоставляет (X) = 19,28 %, а катион в 4,188 раза легче аниона. Кроме того, известно, что ни один из элементов не входит одновременно в состав катиона и аниона
1. Определите неизвестные вещества Х и A – H. Ответ обоснуйте, подтвердите расчетами. Изобразите строение аниона вещества H.
Судя по тому, что Х растворяется в щелочи с образованием двух Хсодержащих соединений, а продукты реакции при –5 оС отличаются, скорее всего, это галоген. Кроме того, X – не фтор, так как фтор реагирует с Х.
Вещества E и F – фториды элемента X. Так как F получается из E по реакции с 1 эквивалентом F2, то эти вещества отличаются на 2 атома фтора. Обозначим E как XFn, тогда F – XFn+2. Можно составить уравнение на изменение массы:
Его решение приводит к парам значений n и M(X):
Таким образом, элемент X – бром, простое вещество X – Br2, E – фторид брома (III) BrF3, F – фторид брома (V) BrF5. При взаимодействии брома со щелочью при комнатной температуре получается смесь бромида и бромата калия KBr (A) и KBrO3 (B) и (реакция 1), а при низкой температуре (реакция 2) образуются гипобромит KBrO (C) и бромид KBr (А). Пропускание дифторида ксенона через водный раствор бромата калия приводит к образованию D – пербромата калия KBrO4 (реакция 3). Из него можно получить вещество A – бромид калия – различными способами, например, разложением или реакцией с восстановителем (реакция 4). Действием KOH на пентафторид брома можно получить бромат калия (реакция 7).
При температуре выше 0 oC гипобромит-ион диспропорционирует на бромид и бромат (реакция 8).
Соединение G образуется при растворении золота в трифториде брома. На рисунке в окружении атома золота находятся 4 атома, причём два из них являются мостиковыми. Вокруг черного атома на различных расстояниях также находятся 4 атома, из которых два также являются мостиковыми. Так как BrF3 растворяет золото, а в состав соединения G (судя по рисунку в условии задания) входят атомы трёх сортов, следует предположить, что в окружении атомов золота и брома находятся атомы фтора, а состав соединения может быть представлен формулой AuBrF6 или AuF3BrF3 или даже BrF2[AuF4], последнее не совсем соответствует изображённой структуре, однако в литературе такая форма записи встречается.
В соответствии с методом получения, вещество H может содержать атомы брома, сурьмы и фтора. Так как вещество H содержит два атома брома на формульную единицу, его молярная масса может быть легко рассчитана:
Молярная масса катиона (М) в 4,188 раза меньше массы аниона, можно составить уравнение:
Откуда молярная масса катиона г/моль, что соответствует либо [SbF2] n+, либо [Br2] n+. На анион приходится г/моль. В случае катиона [SbF2] n+ анион должен состоять только из атомов брома, однако молярная масса явно превышает молярную массу двух атомов брома. Поэтому подходит только катион [Br2] n+. В таком случае, анион состоит из атомов сурьмы и фтора. Пусть формула анионной комплексной частицы [SbxFy] 5x–y (заряд будет таким при условии, что сурьма не меняет степень окисления, тогда его молярная масса равна
. Можно сделать перебор по количеству атомов сурьмы:
Как видим, хорошие целые значения x и y, а также наиболее адекватный (и, главное – отрицательный!) заряд аниона получается при x = 3, y = 16. Итого, формула H – [Br2] + [Sb3F16] –. Для сурьмы характерно координационное число 6, т.е. два из 16 атомов фтора должны быть мостиковыми, т.е. находиться в окружении пары атомов сурьмы:
Итого, неизвестные вещества:
2. Напишите уравнения реакций 1–10.