Эта занимательная история произошла на одной из химических образовательных программ в одном очень популярном образовательном центре.
Юный химик Сергей привез с Урала минерал А в подарок своему другу Максиму. Максим решил помыть минерал водой, но чуть не лишился подарка, так как он растворялся в воде с образованием бесцветного раствора.
Для очистки куска минерала Максим просто протер его сухой тряпкой. А раствор А в воде Максим использовал для проведения качественного анализа. При внесении в пламя раствор окрашивал его в фиолетовый цвет, а при добавлении нитрата серебра выпал белый творожистый осадок (р-ция 1). Для проведения количественного анализа Максим отколол от подарка небольшой кусочек, взвесил (m = 0.578 г) и растворил в 25 мл воды. К 5 мл этого раствора он добавил избыток нитрата серебра, отфильтровал, промыл, высушил осадок, а затем взвесил (m = 0.222 г).
При действии на другой кусочек минерала концентрированной серной кислотой выделился газ (р-ция 2). Твердый остаток реакции Максим растворил в воде и добавил магний (р-ция 3) – подарок еще одного своего знакомого. При медленном упаривании этого раствора выпали кристаллы вещества X. Масса вещества Х при умеренном нагревании уменьшается на 26.84%.
1. Запишите химическую формулу А, состав подтвердите расчётом. Приведите название минерала.
Окрашивание пламени в фиолетовый цвет – это свойство атомов калия. А образование белого творожистого осадка при действии нитрата серебра – это качественная реакция на хлорид-анион. Получается, что минерал A содержит хлорид-ионы и катионы калия. Количественный анализ необходим для того, чтобы убедиться, что другие элементы не входят в состав этого минерала.
Навеску А растворили в 25 мл воды, а для осаждения хлорида серебра использовали только 5 мл этого раствора. Следовательно,
Исходя из этого в расчете на 1 атом хлора молярная масса А:
Если вычесть молярную массу хлора, остается молярная масса калия:
Значит А – это хлорид калия (KCl). Название минерала – сильвин.
2. В природе встречается окрашенный минерал А, не содержащий примесей. Объясните причину окраски.
Окраска природного хлорида калия возникает из-за дефектов в кристаллической решетке.
3. Определите формулу вещества Х, подтвердите расчётом
При взаимодействии KCl с концентрированной серной кислотой образуется газообразный HCl и KHSO4, который и является твердым остатком реакции. Гидросульфат калия имеет кислую среду и в его растворе магний должен растворяться. Значит в растворе, из которого осаждается Х, присутствуют сульфаты калия и магния, которые могут входить в состав Х. При умеренном нагревании разложение сульфатов не происходит, они разлагаются при высокой температуре, следовательно, потеря массы связана с отщеплением воды. Предположим, что в состав соединения входит целое число молекул воды, тогда Х = X'nH2O.
Вычислим M(X') для различных значений n:
Как уже отмечалось, в состав X' могут входить сульфаты магния и калия. Их молярные массы равны 120.4 г/моль и 174.3 г/моль, соответственно. Ни одно из этих значений не встречается, а их сумма 294.7 г/моль близка к значению, полученному для n = 6.
Таким образом, Х = K2Mg(SO4)2$\cdot$6H2O
4. Запишите уравнения реакций 1 – 3.
5. Приведите пример соединения родственного веществу X, используемого в перманганотометрии в качестве стандарта.
K2Mg(SO4)2$\cdot\cdot$6H2O
6. Какую максимальную массу сульфата бария можно получить взаимодействием 1.00 г X с хлоридом бария?