ВсОШ 2026, 11 класс, №1
«Матрёшка»
Неорганическая соль , используемая в автомастерской при антикоррозийной обработке изделий из металлов, разлагается при температуре выше °С с образованием только смеси газообразных при н.у. веществ А и В. Соль Х хорошо растворима в воде. Приготовили её М водный раствор, в котором определили содержание всех частиц (кроме воды и гидроксид-иона): молекул . г/л и В
мкг/л, катионов . г/л и . мг/л, анионов . г/л и . г/л.
Вопрос . Определите зашифрованные вещества и частицы А – , установите формулу соли Х.
Формулы вводите латинскими буквами с обычными цифрами.
Вопрос . Напишите уравнение термического разложения (р-ция ) и уравнения трёх равновесных процессов, объясняющих появление всех частиц в растворе соли Х (р-ции – ).
Ответ приведите в полном решении в конце задачи.
Вопрос . Рассчитайте константу равновесия реакции, приводящей к образованию .
Краткий ответ.
Вопрос . Объясните природу химической связи в анионе и его симметричность.
Ответ приведите в полном решении в конце задачи.
Электролиз расплава Х приводит к выделению на аноде газообразного бинарного вещества (р-ция ), нагревание которого с медью дает летучее вещество (р-ция ). Обработка тиофенолом – метод синтеза (р-ция ), которое под действием основания превращается в смесь изомеров (р-ция ). Вещества и , а также вещества , , имеют одинаковые качественные составы.
Вопрос . Составьте уравнения реакций – , в реакции в качестве основания используйте .
Ответ приведите в полном решении в конце задачи.
Полное решение задачи.
Введите решение текстом и/или прикрепите фото или PDF.
Ответ
Решение
. Определим суммарную массу всех молекул и ионов, содержащихся в водном растворе :
Вычислим молярную массу соли , М() = ()/·) = /(·) = г/моль ≈ г/моль. Согласно условию, при термическом разложении соли образуется смесь двух газообразных веществ, тогда в ее состав входят только неметаллы, а поскольку соль неорганическая, то катион – аммоний, превращающийся в аммиак при разложении соли. Образование двух продуктов термолиза указывает на то, что это соль бескислородной кислоты, то есть второй продукт разложения – водородное соединение неметалла, проявляющее кислотные свойства. Пусть Х имеет состав ()nЭ и образовано кислотой тогда М(соль) = ·М() + −), откуда –) = – ·, получим = , –) = г/моль; = , –) = г/моль. Анионов, включающих атомы только одного неметалла с такими молярными массами не существует. вопросе идет речь об эквивалентности связей в составе Э, следовательно их как минимум две, значит в составе аниона не менее трех атомов двух различных элементов, но г/моль «не соберешь» даже из двух неметаллов второго периода, поэтому стоит пристальнее рассмотреть М(анион) = г/моль. Если в составе аниона три атома неметаллов, то = X + , где и соответствующие молярные массы, следовательно = ( – X). Перебором по молярным массам неметалла определим соответствующую молярную массу неметалла .
| () | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| (−) | (−) |
Для сочетаний -, -, -, даже не вдаваясь в заряд аниона, вряд ли возможно образование соли с и категорически невозможно образование только газообразных продуктов разложения. Подходящим вариантом остается анион, состоящий двух атомов и одного атома Н, его заряд (−) также согласуется с зарядами образующих его частиц: одного + и двух : Э = – бифторид-анион, = бифторид аммония. В водном растворе этой соли будет присутствовать заметная концентрация кислоты , откуда можно сделать вывод что концентрация в водном растворе будет заметно уступать концентрации , следовательно = , = по соотношению их концентраций ( порядков разница!). Если концентрация аммиака исчезающе мала, то весь азот присутствует в виде , масса которого должна близка к = · ≈ · = г/л, среди катионов подходит = . Другим катионом должен быть ион + = . В составе нет химических связей, поэтому = , = . Вывод о соответствии анионов также основывается на том, что в заметной степени диссоциирует на и в водном растворе, т.е. концентрация бифторида ниже, чем фторида.
. Составим уравнения проведенных реакций.
В водном растворе соли диссоциируют на ионы: → + , образовавшиеся при диссоциации ионы взаимодействуют с водой, образуя сольватированные катионы и анионы
) ⇆ + ) ⇆ + + ) ⇆ + + .
. Реакция образования бифторид-аниона: + ⇆ Константа равновесия Рассчитаем концентрации частиц в моль/л:
[] = · М, = · М, [] = · М.
К = · /(· ··) = .
. Связи в ионе имеют одинаковую длину (длиннее связи в , короче водородной связи ···, поскольку в ходе экспериментального исследования (ЯМР, ИК, РСА) метод фиксирует суперпозицию резонансных структур, в каждой из которых реализуются ковалентная и водородная связи Н + с соответствующим ионом фтора : –. В рамках МВС адекватно объяснить образование двух одинаковых связей невозможно (двухвалентный водород в МВС не предусмотрен), поэтому для описания можно использовать либо ММО (но он ничего не объясняет), либо представления о многоэлектронных -многоцентровых (гипервалентных) связях. В последнем случае говорят о четырехэлектронныхтрехцентровых связях (с–е).
. При электролизе бифторида аммония выделяется молекулярный фтор, который превращает ион аммония в = ; аммиак в этой реакции не выделяется, поскольку Х находится в избытке и будет связывать во фторид аммония. Трифторид азота при нагревании с медью дает тетрафторгидразин = и фторид мети(, после пропускания над нагретой медью реакционную смесь резко охлаждают . Тиофенол восстанавливает до = , о составе последнего можно догадаться, т.к. он содержит те же элементы что и , а не существует. Основание отрывает от , приводя к смеси изомеров цис - и транс- = в качестве продукта, содержащего и .
)