Простое вещество Б, образованное элементом Х, может быть получено при нагревании белого аморфного порошка А с небольшим избытком магния (р-ция 1). При этом Б загрязнен веществом В (р-ция 2), содержащим 47,08 % Х. При нагревании Б с металлическим барием высокой чистоты в танталовом сосуде образуется вещество Г (см. рисунок).
Аморфное вещество Б растворяется при нагревании в концентрированной азотной кислоте (р-ция 3), при упаривании полученного раствора и охлаждении выделяются бесцветные кристаллы Ж. При термическом разложении Ж на воздухе образуется А (р-ция 4).
Нагреванием А с углем в токе хлора получают бесцветную жидкость Д, дымящую во влажном воздухе (р-ция 5). Реакцию взаимодействия Д с аммиаком при 1000 оС можно использовать для осаждения тонких плёнок вещества Е (р-ция 6). Вещество Е имеет слоистую структуру.
1) Определите неизвестный элемент Х и вещества А-Ж, ответ обоснуйте, подтвердите расчётом, где это необходимо. В уравнение реакции 6 реагенты входят с одинаковыми коэффициентами. Вещество Е называют «белый... », приведите недостающее слово.
Предположим, что примесь В содержит помимо Х магний, т.к. он был взят в избытке, тогда где n – это мольное отношение Mg и Х. При n = 0,5 Б – бор, а В – MgB2.
При растворении бора в азотной кислоте образуется борная кислота, растворимая в воде при нагревании, при упаривании раствора и охлаждении она кристаллизуется из раствора. При прокаливании борной кислоты (Ж) на воздухе образуется оксид бора (А). Нагревание оксидов в токе хлора в присутствии угля – это способ получения хлоридов, Д – это хлорид бора BCl3.
Соединения Г содержит только атомы бора и бария. Из приведённой кристаллической структуры можно рассчитать их соотношение. Восемь атомов в вершинах куба принадлежат одной ячейке на 1/8, шесть атомов внутри ячейки полностью принадлежат ей. Ожидать связи Ba – Ba не приходится, поэтому 6 атомов в центре ячейки – это атомы бора. Тогда соотношение атомов:
следовательно, вещество Г – BaB6.
При взаимодействии хлорида бора и аммиака в мольном отношении 1:1, раз реагенты входят с одинаковыми коэффициентами, образуется нитрид бора (E), причём в его слоистой модификации. Нитрид бора изоэлектронен углероду, поэтому он также образует несколько аллотропных модификаций. В частности, слоистую модификацию называют «белый графит».
2) Напишите уравнения реакций 1 – 6.
3) Как можно очистить Б от примеси В? Запишите уравнение реакции.
Для очистки бора от примеси борида можно растворить его в кислоте:
В отличии от карбидов при гидролизе боридов основным продуктом будет водород, т.к. гидриды бора легко гидролизуются.
4) Укажите какие из перечисленных свойств относятся к веществу Е: мягкое, твёрдое, легкоплавкое, тугоплавкое, реакционноспособное, инертное, диэлектрик, анизотропный проводник, изотропный проводник.
Нитрид бора имеет не только сходное с графитом строение, но и похожие свойства: мягкий, тугоплавкий, инертный, анизотропный проводник.