ВсОШ 2026, 9 класс, №2
Вечно молодой, вечно окисленный
С бинарным соединением А всех знакомят уже с первых уроков химии, но только с теоретической стороны. С практической же стороны открывать доступ к А школьникам небезопасно, хотя они и сами не стремятся работать с А из-за его гидролиза и образования газа с характерным запахом. Несмотря на кажущуюся простоту, А может играть различные роли в химических процессах, а именно: выступать восстановителем, создавать щелочную среду или быть мягким основанием Льюиса, то есть прочно связываться с большими катионами тяжелых элементов. Вечно Юный Химик решил провести семь реакций между А и семью трихлоридами Б – З элементов двух главных групп периодической системы, из которых только три элемента имеют однобуквенный символ. Для этого он приготовил большое количество концентрированного водного раствора А и во всех реакциях добавлял его в избытке, и обязательно в вытяжном шкафу! Эксперимент : А реагирует с Б с образованием трёх растворимых солей натрия. В уравнении этой реакции фигурирует единственный катион металла. Эксперимент : при смешении А и В выпадает черный осадок, нерастворимый в кислотах-неокислителях. Эксперимент : взаимодействие А с Г приводит к образованию координационного соединения, причем в сам óм комплексном ионе элементов, образующих А, нет. Если вместо Г взять хлорид более легкого металла из той же группы, то результат будет аналогичный. Эксперимент : в результате реакции А с Д образуется соль, содержащая в своем анионе водород, хотя считать эту соль кислой неверно. Эксперимент : если к А добавить Е, то выпадает черный осадок, но в отличие от второго эксперимента, осадок состоит из двух веществ, причем в каждом из веществ присутствуют атомы из А.
Эксперимент : добавление Ж к А приводит к весьма интересному трёхэлементному соединению, которое растворимо в воде, но образует осадок при подкислении. Соединение Ж образовано элементом, название которого в русском языке имеет женский род. Эксперимент : соединение З, строго говоря, является не совсем хлоридом, однако многие называют его именно так. Водный раствор А даже при охлаждении бурно реагирует с З, при этом наблюдается выделение газа и образование бледно-жёлтого коллоида. Заметки по технике безопасности: все эксперименты проводились под тягой, но вот полученные растворы были вылиты в три раковины, после чего в первую был вылит раствор хлорной кислоты, во вторую – хлорноватой, а в третью – концентрированную серную кислоту, из -за чего пришлось экстренно покинуть лабораторию. Вопросы:
Вопрос . Определите вещества А – З.
Формулы вводите латинскими буквами с обычными цифрами.
Вопрос . Напишите уравнения реакций, описанных в экспериментах – . Обратите внимание, что раствор А концентрированный и везде берется в избытке.
Ответ приведите в полном решении в конце задачи.
Вопрос . Напишите уравнения взаимодействия раствора А с хлорной, хлорноватой и серной кислот ами ( уравнения реакций) , учитывая, что во всех случаях выделялся газ, причем каждый раз разный.
Ответ приведите в полном решении в конце задачи.
Вопрос . Приведите минимум два действия, которые необходимо предпринять в первую очередь при отравлении газом в лаборатории.
Ответ приведите в полном решении в конце задачи.
Полное решение задачи.
Введите решение текстом и/или прикрепите фото или PDF.
Ответ
Решение
. По множеству различных подсказок, а также при использовании логики и здравого смысла, можно прийти к выводу, что А – сульфид натрия, . Так как трихлориды образованы элементами двух групп, к тому же три элемента однобуквенные, то единственный вариант решения – и группы длиннопериодной Периодической Системы. Из группы подходят и , но в этом случае придется выбрать еще элементов из другой группы, что проблематично. , , и группы трихлориды не образуют (можно вспомнить про полигалогениды, но они совершенно не подходят под химическое описание в условии). Остаются хлориды группы ( , , , , и хлориды группы , , , , . Рассмотрим возможные процессы при добавлении избытка концентрированного раствора сульфида натрия к выбранным трихлоридам.
+ + = + +
+ + = +
+ + = + +
+ + = +
+ + = + +
+ + = +
+ + = + гидролизуется только при кипячении)
+ = + +
+ + = + + +
+ + = + +
+ = +
+ =
+ = +
+ =
+ + = +
Единственный элемент из предложенного списка, чь ё название имеет женский род – это сурьма. С раствором сульфида многие хлориды образуют осадок: , , , , , , , но только в двух случаях осадок будет черного цвета – и . При взаимодействии указанных ранее хлоридов и избытка концентрированного раствора из газообразных продуктов может выделиться только аммиак . А особенностью солей, содержащих координированный атом водорода к центральному атому, обладают гипофосфиты ( ) и фосфиты ( ), последний образуется в процессе щелочного гидролиза из . Наконец, гидроксокомплексы в данных условиях следует ожидать для бора, алюминия и галлия.
Используя описания экспериментов, а также вышеизложенные рассуждения, можно прийти к окончательному решению. Так как в эксперименте натрий единственный металл, а про гидроксокомплекс ничего не сказано, то подходит только с образованием буры. Тогда в эксперименте задействован , поскольку в этом случае алюминий будет более легким металлом с аналогичным результатом. Эксперименты и приводят к выпадению черных осадков, причем в эксперименте осадок состоит из двух веществ. Подходят и соответственно. Подсказки в экспериментах и позволяют в этих случаях однозначно выбрать и . Наконец, остался , который более правильно называть нитридом хлора, поскольку при щелочном гидролизе образуется аммиак и гипохлорит -ион. И поскольку сульфид выступает хорошим восстановителем, то он восстанавливает хлор из «+» до его устойчивой степени окисления «−». Таким образом:
| А | Б | В | Г | Д | Е | Ж | З |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
. Уравнения реакций:
) + + = + +
(форма также подходит, поскольку концентрированный раствор сульфида создает сильнощелочную среду)
) + + = +
) + + = + +
(аналогичная реакция протекает с алюминием)
) + + = + +
(формула «» в корне неверна, поскольку атом водорода, соединенный с фосфором, не диссоциирует в водном растворе)
) + = + +
(осадок « » здесь не образуется, так как «мягкий» таллий( в теории ЖМКО будет связываться с более «мягким» сульфидом)
) + = +
(мета-форма оценивается половиной баллов, поскольку сульфид берется концентрированный и в избытке)
) + + = + + +
. Хлорная кислота в водный растворах практически не проявляет окислительный свойств из -за стерических особенностей, что сильно замедляет кинетику процесса. Таким образом, один газ – это сероводород .
Поскольку был в процессе с хлорной кислотой, то для серной кислоты остается единственный вариант – сернистый газ , который будет выделяться только в случае с концентрированной серной кислотой. + (конц) = + + (допускается написание Так как и уже задействованы, то остается молекулярный хлор.
. При отравлении газом в первую очередь нужно переместить пострадавшего на свежий воздух и вызвать скорую помощь. Также рекомендуется расстегнуть воротник, пояс и другую стесняющую одежду, чтобы обеспечить доступ кислорода. Если пострадавший в сознании, дайте ему понюхать ватку с нашатырным спиртом, если он без сознания, аккуратно поднесите ватку к носу, слегка помахивая. Укройте пострадавшего одеялом, можно приложить грелки к ногам и рукам. Если начались рвота, необходимо повернуть голову пострадавшего в сторону , чтобы он не задохнулся, и очистить рот, если это необходимо. При остановке дыхания немедленно начните делать искусственное дыхание.