В таблице приведены составы газовых смесей бинарных соединений:
Все эти смеси при данных температуре и давлении имеют одинаковую плотность. Компоненты смеси образованы двумя элементами X и Y.
Известно, что молекулы A-C четырёхатомные.
Химические свойства соединений A-D изучены слабо. Известно, что они термически нестабильны и достаточно легко разлагаются до простых веществ. При осторожном нагревании разложение идёт не до конца: A превращается в C (р-ция 1), а D превращается в B (р-ция 2). Между тем, D можно получить из B пропусканием B над раскалёнными железными стружками (р-ция 3). Смеси данных соединений с водородом взрывоопасны (р-ции 4-7). Кроме того, все они в той или иной степени гидролизуются, однако в описании продуктов гидролиза встречаются некоторые противоречия.
Указание: все газы в задаче считать идеальными
1) Какова окраска соединений A-D?
Из таблицы видно, что желтоватая окраска появляется только у смеси, содержащей соединение A. Следовательно, A имеет желтоватую окраску, остальные соединения бесцветны.
2) Расположите газы A-D в порядке возрастания их молярных масс.
Плотность газовой смеси выражается по уравнению идеального газа через давление, температуру и среднюю молярную массу смеси:
Поэтому равенство плотностей газовых смесей эквивалентно равенству их средних молярных масс, то есть:
Для идеальных газовых смесей мольная доля компонента совпадает с его объёмной долей, поэтому далее в решении будет использоваться понятие «мольная доля».
Выразим молярную массу смеси I через мольные доли компонентов:
Выразим массовые доли компонентов в произвольном количестве смеси (для удобства – 1 моль):
Из данного выражения можно найти связь между молярными массами компонентов, поскольку массовые и мольные доли A известны:
Аналогично поступим в случае смеси III:
Для установления связи между молярными массами B и D обратимся к равенству молярных масс смесей:
Таким образом, связь между молярными массами компонентов следующая:
Молярные массы соединений возрастают в ряду
3) Заполните ячейки с вопросительными знаками в таблице.
Теперь вычислим мольные доли компонентов смеси II. Средняя молярная масса смеси равна средней молярной массе первой смеси:
Следовательно, необходимо подобрать смесь B и C с молярной массой, равной 0,9577MB.
С учётом того, что MС=0,9295MB, имеем:
Сокращаем уравнение на MB и решаем относительно :
Выражение для массовой доли первого компонента было получено ранее:
Таким образом, пропущенные значения в таблице это 41,77% для массовой доли и 40% для мольной.
4) Установите формулы соединений A-D.
Описанные свойства указывают на сильную окислительную способность соединений. Такие свойства могут быть обусловлены присутствием в молекулах атомов фтора, кислорода, хлора. Указание на реакции гидролиза позволяет отсечь кислород. Проверим молекулы галогенидов. Если молекулы A-C четырёхатомные, то их формулы будут XY3, X2Y2 и X3Y (не соответственно). Молярная масса соединений будет равна X + 3Y, 2(X+Y) и 3X + Y (здесь X и Y – атомные массы элементов). Используем соотношение молярных масс, полученное выше, и составим уравнение.
Если X < Y, то B будет соответствовать XY3, C – X2Y2, а A – X3Y. Тогда:
Второе уравнение даёт аналогичный результат.
Предположим, что X – хлор (35,5) или фтор (19). Для Y получаем 48 (Ti) и 25,8. Очевидно, оба решения не подходят. Если предположить, что Y – галоген, имеем X = 26,15 для хлора и X = 14 для фтора.
Второе значение соответствует азоту и даёт соединения: A – N3F, B – NF3, C – N2F2. Молярная масса D, найденная с учётом ранее составленных уравнений, составит 104 г/моль, что может соответствовать только N2F4.
5) Напишите уравнения реакций 1-7.