Однажды ранним ясным утром, химик Колбочкин, к большому удивлению, получил посылку от его давнего друга из Лаоса – химика Тигельвонга. В посылке оказались хорошо упакованные образцы веществ и письмо, в котором учёный подробно описывал новую область своих интересов – изучение бинарных соединений, образуемых элементами X и Y. Среди них наиболее известны вещества A, B, C, образцы которых и были в посылке. Их свойства кратко описаны в таблице, представленной ниже.
Испытывая большие проблемы со знанием лаосского языка, химик Колбочкин был вынужден самостоятельно идентифицировать каждое из них. Для этого он провёл следующие эксперименты:
-
Образец вещества А массой 8,5 мг поглотили с помощью 10 мл 0,200 М раствора соляной кислоты. На титрование избытка кислоты потребовалось 7,5 мл 0,200 М раствора гидроксида калия. Дополнительно известно, что вещество A взаимодействует с соляной кислотой в соотношении 1:1.
-
Образец вещества B массой 144,0 мг растворили в 100 мл воды. На титрование аликвоты полученного раствора объёмом 10 мл потребовалось 30 мл 0,030 М раствора иода. Дополнительно известно, что вещество B взаимодействует с иодом в соотношении 1:2.
-
Образец вещества C массой 64,5 мг растворили в 100 мл воды. На титрование аликвоты полученного раствора объёмом 10 мл потребовалось 10 мл 0,015 М KOH. Дополнительно известно, что вещество C взаимодействует с гидроксидом калия в соотношении 1:1.
Получив обратную телеграмму с формулами веществ A-C, лаосский учёный Тигельвонг восхитился упорством Колбочкина и предложил ему поучаствовать в расшифровке данных кристаллографического анализа твёрдых соединений D и E, которые были синтезированы путём взаимодействия различных пар из упомянутых выше веществ
Вещество D, имеющее плотность , кристаллизуется в моноклинной элементарной ячейке со сторонами , и углом , содержащей 4 формульные единицы.
Вещество E, имеющее плотность , кристаллизуется в ромбической элементарной ячейке с длинами сторон содержащей 4 формульные единицы.
Справочные данные:
— постоянная Авогадро;
- Объём моноклинной элементарной ячейки:
Объём ромбической элементарной ячейки:
1) Установите формулы веществ A, B и С. Ответ подтвердите расчётами
Рассчитаем молярную массу вещества A исходя из результатов кислотно-основного титрования:
- Исходное количество кислоты в растворе:
- Количество щёлочи, затраченное на титрование:
- Согласно условию задачи, вещество A взаимодействует с соляной кислотой в соотношении 1:1, тогда
Рассчитаем молярную массу вещества B исходя из результатов окислительно-восстановительного титрования:
- Количество йода, пошедшее на титрование аликвоты исходного раствора:
- Количество вещества B в аликвоте раствора:
- Количество вещества B в исходном образце:
Расчитаем молярную массу вещества C исходя из результатов кислотно-основного титрования:
Количество щёлочи, пошедшее на титрование аликвоты исходного раствора:
Количество вещества C в аликвоте раствора:
Количество вещества C в исходном образце:
По результатам расчётов было установлено, что A является газом с неприятным запахом и молярной массой 17 г/моль, проявляющим основные свойства (реагирует с HCl). Исходя из крайне низкой молярной массы данного вещества предположим, что в его состав входит водород – H, тогда другим элементом является азот – N, а вещество имеет формулу A = NH3. Зная элементный состав и молярные массы веществ B и C несложно установить их химический состав: B = N2H4, C = HN3.
2) Установите состав соединений D и E. Ответ подтвердите расчётами.
Исходя из результатов кристаллографического анализа рассчитаем молярные массы веществ D и E:
Несложно убедиться, что данные вещества имеют формулы D = N5H5 и E = N4H4. Заметим, что формула вещества D получается путём сложения формул веществ B = N2H4 и C = HN3, то есть вещество D является азидом гидразония D = N2H5 +N3 -. Аналогично вещество E является азидом аммония E = NH4 +N3 -.
3) При взаимодействии каких пар из веществ A, B и C могли быть получены соединения D и E?
Таким образом, соединение D может быть получено при взаимодействии веществ B и C (N2H4 и HN3) а E – по реакции между A и C (NH3 и HN3).