ВсОШ 2024, 9–11 классы, №Н-8
Рядовые комплексные сэндвичи и табуретки
Циклооктатетраен – органический лиганд, способный легко превращаться в дианион при восстановлении (и наоборот – из аниона в нейтральную молекулу при окислении).
Часто в комплексах с крупными катионами он выступает именно в роли плоского дианиона. Так, при обработке хлоридов и калиевой солью образуются соединения и , содержащие центральные ионы с электронной конфигурацией и , соответственно.
Определите элементы и , запишите уравнение реакции получения . Как называются вещества и ?
Обоснование, расчёты и уравнения приведите в полном решении.
Элемент .
Элемент .
Название .
Название .
В каком из соединений расстояние между плоскими лигандами больше? Ответ коротко объясните.
Объяснение приведите в полном решении.
Металл образует несколько соединений с . Взаимодействие и триэтилалюминием в зависимости от соотношения реагентов и условий приводит к образованию либо чёрных игл вещества (р-ция , либо зеленого порошка (р-ция . Молекулы и обладают схожей симметрией. При выходе реакции из г исходного соединения получается мг . Оба продукта – пирофорные порошки и сгорают при контакте с воздухом (р-ции , . Сгорание г ведёт к образованию мг бинарного вещества , высокотемпературное восстановление которого водородом приводит к уменьшению массы твердой фазы до мг и образованию бинарного вещества (р-ция . Вещество разлагается при нагревании в инертной атмосфере до до с потерей массы . При этом вещество , в отличие от , разлагается водой (р-ция .
Попытка получить или напрямую из хлорида и в среде ТГФ не даёт ожидаемого результата: происходят реакции без изменения степени окисления , результатом которых являются продукты , и , , причем в атом присутствует в составе аниона, а представляет собой димер. Анион, содержащийся в , образуется в составе соединения при взаимодействии с калием в моноглиме (СН3ОСН2СН2ОСН3). Более того, при дальнейшем восстановлении переходит в , отличающееся от зарядом аниона. При этом координационное окружение атомов металлов в , и схоже, и соединения – не содержат свободных сольватных молекул растворителей.
Определите состав соединений – , , . Ответ представьте в виде таблицы. Приведите расчет состава , , , , , , .
Обоснование, расчёты и уравнения приведите в полном решении.
Формула .
Формула .
Формула .
Формула .
Формула .
Формула .
Формула .
Формула .
Показатель m.
Показатель p.
Запишите уравнения реакций – .
Ответ и обоснование приведите в полном решении в конце задачи.
Изобразите структурные формулы и .
Ответ и обоснование приведите в полном решении в конце задачи.
Деструкция вещества при испарении при пониженном давлении, предположительно, ведет к образованию молекул и нелетучего вещества в мольном соотношении . Известны и лучше охарактеризованы аналоги вещества , содержащие более тяжелые металлы и из того же семейства элементов, причем соединение, содержащее металл , содержит неспаренных электронов в расчете на атом , тогда как в случае вещества соединение диамагнитно.
Определите формулу и металлы и . Ответ кратко обоснуйте.
Обоснование, расчёты и уравнения приведите в полном решении.
Формула .
Элемент .
Элемент .
Предложите структуру .
Ответ и обоснование приведите в полном решении в конце задачи.
Полное решение задачи.
Введите решение текстом и/или прикрепите фото или PDF.
Ответ
Решение
. Оба элемента в соединениях и имеют степень окисления . Значит, в нейтральном состоянии атомы и содержат на и на электронов больше радона, соответственно. Это торий и уран: – , – .
Уравнение реакции: + + . Сэндвичевые комплексы тория и урана с циклооктатетраеном по аналогии с комплексами d-элементов с циклопентадиенил-анионом называют металлоценами: тороцен и ураноцен.
. При движении от тория к урану радиус атома падает, как и ионный радиус в одинаковой степени окисления . Поэтому расстояние между плоскими лигандами больше в тороцене.
. Начнем определение с оксида . При его восстановлении другой оксид . Запишем формулу оксида в виде , а – в виде . Поскольку в такой записи количество оксида при восстановлении не изменяется, отношение масс равно отношению молярных масс.
=
+ = +
M(C) =
Переберём разумные значения и :
| = | = | = | = | = | = | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| = | ||||||
| = | ||||||
| = | ||||||
| = | ||||||
| = | ||||||
| = |
Подходит только вариант = , = , – , – , – . и запишем в виде и . При сжигании с образованием количество вещества не изменяется, значит, молярная масса равна:
= : = = +
= .
Значит, – . Исходя из потери массы, молярная масса равна = = + , то есть = . Тогда – . Рассчитаем молярную массу исходного вещества , исходя из того, что теоретически из г реагента должно быть получено =
г (или моль). = / = г/моль = + +
= .
Рассчитаем соотношение Се : О в и .
: =
: =
Молярная масса в расчете на атом церия составляет =
г/моль. Поскольку содержит церий в анионе, вероятно, он содержит также калий в катионе. Кислород может содержаться в только в виде ТГФ. Кроме того, в анионе, по-видимому, содержится . Тогда предварительно формулу можно записать в виде: .
+ + + = .
Данному уравнению удовлетворяет только целочисленная комбинация х = , у = . Поскольку вещество не должно содержать несвязанных с металлом сольватных молекул воды, формулу запишем в виде . , по-видимому, содержит атома церия (ввиду описания его как димера), а значит, из соотношения, полученного выше, молекулы ТГФ. Попытка представить состав в таком же виде терпит при этом фиаско, поэтому приходится предположить, что при образовании произошло лишь частичное замещение хлора в составе хлорида, и тогда его состав в общем виде: .
= = + + +
Получаем решение в целых числах: а = , с = . – . Поскольку при получении и степень окисления церия не изменяется, исходный хлорид должен содержать также церий(III), то есть р = . содержит анион и калий в схожем с координационном окружении атомов кислорода). Значит, с учетом того, что моноглим – бидентатный лиганд, – . Продукт его дальнейшего восстановлления калием в моноглиме, отличающийся зарядом аниона – это .
| Обозначение | Формула / значение |
|---|---|
. Уравнения реакций:
+ + + + +
+ + + + +
+ + +
+ + +
+ +
+ + + .
. Структурные формулы:
. Исходя из описания, происходит реакция: + . – . Аналоги данного вещества должны содержать атомы лантаноидов в степени окисления . неспаренных электронов соответствуют конфигурации , что при заряде соответствует европию, – . Отсутствие неспаренных электронов, объясняющее диамагнетизм, реализуется при конфигурации , что при заряде соответствует иттербию, – .
. Стехиометрия и нелетучесть соответствуют полимерному строению :
