ВсОШ 2025, 9 класс, №9-4
Если пропускать сероводород через охлажденный водный раствор сернистого газа, то образуется смесь неустойчивых соединений, получившая название «жидкость Ваккенродера». В задаче рассматриваются некоторые из таких соединений и их более устойчивые производные. Соль широко используется в аналитической химии. Вещество хорошо растворимо, так при °С, растворяется г безводной соли в г воды. При реакции раствора с хлором в щелочной среде (р-ция образуется раствор, из которого можно выделить соль , которая при прокаливании теряет % массы. Вещества и образуются при хлорировании серы (р-ции и . Для синтеза в мл воды растворили г коммерчески доступной соли и охладили до °С, затем к охлажденному раствору добавляли при охлаждении и перемешивании примерно г порошка иода (р-ция . Затем добавили мл насыщенного раствора ацетата калия, перемешали и добавили мл этанола, при этом выпал осадок , который отделили фильтрованием. Для очистки его полностью растворили в мл воды при °С, а при охлаждении до °С выпал осадок , который отделили, промыли этанолом и высушили над , получили чистый массой г (выход %). Для синтеза приготовили насыщенный при °С раствор из г коммерчески доступной соли и мл воды, затем добавляли по каплям при интенсивном перемешивании и охлаждении в ледяной бане мл %-ного раствора перекиси водорода = г/мл) (р-ция . В течение часов из холодного раствора кристаллизуется примерно г . После добавления мл этанола к раствору выделяется оставшаяся в растворе соль г) и небольшое количество . Затем к фильтрату добавляют ещё мл этанола и при низкой температуре кристаллизуется г с выходом %). Вещества и получают по схожей схеме: к охлажденному до раствору или в одновременно приливают раствор и соляную кислоту (р-ции и , затем водный раствор упаривают в вакууме, отделяют хлорид натрия, а после к фильтрату добавляют спиртовой раствор . Из г и г может быть получено г выходом % Из г и г может быть получено г выходом % Для анализа состава , и можно использовать реакцию с раствором цианида калия. реагирует с цианидом калия только при высокой температуре, только в присутствии катионов меди, а , и реагируют при комнатной температуре с образованием анионов , и роданид-ионов. Концентрации чистых анализируемых солей и концентрация образовавшегося роданид-иона соотносятся как , и (порядок не соответствует порядку солей в предыдущем предложении).
Вопрос . Определите вещества – , , , , , подтвердите расчетами. В синтезах вещества берутся в близких к стехиометрическим соотношениях. , и – кристаллогидраты. При расчетах обратите внимание, что массы навесок даны с низкой точностью!
Формула .
Обоснование и расчёты приведите в полном решении.
Формула .
Формула .
Формула .
Формула .
Формула .
Формула .
Формула .
Вопрос 2. Запишите реакции – , реакцию с цианидом калия (р-ция и реакцию с раствором серной кислоты (р-ция .
Ответ приведите в полном решении в конце задачи.
Вопрос 3. Изобразите строение анионов соли и .
Ответ приведите в полном решении в конце задачи.
Вопрос 4. С помощью какой качественной реакции можно обнаружить роданид-ион? Запишите реакцию.
Ответ приведите в полном решении в конце задачи.
Полное решение задачи.
Введите решение текстом и/или прикрепите фото или PDF.
Ответ
Решение
. В задаче речь идёт про соединения серы, натриевая соль (при синтезе и выпадает хлорид натрия) реагирует с иодом, и широко используется в аналитической химии. Их этого можно догадаться, что – тиосульфат натрия. и – это хлориды серы и , а – сульфат натрия. Во всех этих реакциях участвует и известные реагенты, для которых можно определить количество вещества. Массы веществ даны с достаточно низкой точностью, поэтому нет смысла рассчитывать молярные массы до знака после запятой. Исходя из молярной массы известного реагента можно вычислить массу в расчете на моль этого реагента или (приведено в скобках) моль г) или моль г) моль г) или моль г) Исходя из этого можно заключить, что – это , а – это . Так как в противном случае массы не кратны друг другу.
Коммерчески доступная соль содержит воду, т.к. для приготовления, насыщенного при °С раствора из г коммерчески доступной соли растворяют в мл воды, а растворимость г безводной соли в г воды. Из этих данных можно рассчитать состав кристаллогидрата тиосульфата натрия. В насыщенном растворе массовая доля безводной соли составляет = . Тогда в г коммерчески доступной соли содержится г = г безводной соли и – = г воды. Состав можно представить как , где
Таким образом, – . Запишем в таблицу количества вещества использованных и массы веществ полученных в синтезах веществ:
| моль | моль | m(L) = г | |
|---|---|---|---|
| моль | = = моль | m(M) = | |
| моль | = моль | m(N) = г | |
| моль | = моль | m(O) = |
Так как в методике указано, что кроме целевого продукта выделяется , то рассмотрим только , и . При синтезе добавляют ацетат калия, а при синтезе и гидроксид калия, это позволяет предполагать, что синтезируемые вещества – соли калия. Вычислим их молярные массы поделив массу на количество добавляемого реагента (меньшее количество вещества), получим
Масса моль тиосульфат-аниона составляет примерно г, а масса моль катионов калия примерно г, что соответствует массе продукта первого синтеза, т.е. его состав , г/моль, что близко к полученному ранее значению. Молярные массы и близки и отличаются от на г/моль. С учетом точности низкой точности вычислений эта разница может соответствовать двум атомам серы, т.е. соединению . Для вещества – это соответствует материальному балансу: + + Но для вещества , если руководствоваться теми же соображениями, следовало бы ожидать: + + На это также намекает реакция с цианидом калия, в которой образуется , и частицы . При окислении тиосульфата хлором сера должна окисляться до высшей степени окисления, а в щелочной среде следует ожидать образование сульфата натрия. Потеря массы при прокаливании, позволяет определить состав :
Таким образом, – . Теперь рассмотрим более подробно методику синтеза вещества , которое является солью натрия, т.к. другие катионы не добавляют. На начальной стадии выделяется г , = моль. Это позволяет определить состав согласно схеме реакции из материального баланса по сере: + + В реакции с цианидом калия участвуют , , при этом образуется , и частицы , в то время как в реакции с цианидом не участвует. Для объяснения рассчитанной из методики молярной массы можно вспомнить, что и являются кристаллогидратами, что не запрещено и для . Так как массы реагентов и продуктов даны с достаточно низкой точностью приемлемую молярную массу будет иметь дигидрат: = г/моль. Хотя в реальности образуется = г/моль. (оба варианта приемлемы в качестве ответа).
| или |
. Уравнения реакций:
+ = или + = + = или + =
. Анионы и :
. Роданид-ион используется для обнаружения катионов железа(III), но и в обратную сторону это тоже работает: