ВсОШ 2024, 11 класс, №11-1
Наручники для аниона – клетка для катиона?
Структуры и .
Существуют ли действительно некоординирующиеся анионы? Разве не здорово было бы иметь возможность получать любые сумасшедшие, красивые или просто полезные катионы? В конденсированных фазах целевой катион должен быть связан с подходящим анионом. Это момент, когда возникают трудности и многие замечательные, волнующие идеи заканчивают в раковине из-за координации или разложения аниона. Однако, возможно, эти проблемы можно преодолеть с помощью новых слабокоординирующих анионов, часто такие анионы содержат в своём составе элемент .
Вопрос 1. Приведите формулы двух слабокоординирующих анионов, не содержащих , один из них точно содержится в таблице растворимости. Заметим, что вещества – содержат в своем составе элемент . Соль, формулу которой можно записать в виде , синтезируют следующим образом: тетрагидридоалюминат лития смешивают с жидким веществом , при этом образуется комплексная соль . Затем вещество вводят в реакцию со фторидом серебра, при этом получается вещество . Наконец, соль вводят в реакцию с эквимолярным количеством бинарного вещества , при этом образуется соль . Для анализа навеску соли массой
г поместили в слой порошка оксида магния и нагревали в токе кислорода при . Образовавшийся газ пропустили через серебряную сетку, затем охладили и последовательно пропустили через колонки с и . Масса колонки с гидроксидом кальция увеличилась на мг. Вещество – одноосновная кислота с = , раствор г этой кислоты в л воды имеет = .
Ответ приведите в полном решении в конце задачи.
Вопрос 2. Напишите формулы веществ – , и формулу соли . Ответ подтвердите расчётом. Ещё одно интересное пятиэлементное соединение формулу которого можно записать в виде = , = , получают при взаимодействии трёхэлементной соли с бинарным веществом в среде жидкого при бинарного вещества , которое играет роль растворителя. При в растворе в присутствии избытка протекает окислительно-восстановительная реакция с образованием четырех продуктов, среди которых можно найти соль .
Ответ приведите в полном решении в конце задачи.
Вопрос 3. Запишите формулы веществ – и формулу четырёхэлементной соли , если её можно представить как продукт реакции соединения веществ и . Напишите уравнение реакции избытком вещества при и формулу соли .
Ответ приведите в полном решении в конце задачи.
Вопрос 4. Предложите способ синтеза простого вещества, образованного элементом , используя в качестве единственного источника вещество , а также исходя из любых химических реагентов без использования электролиза. Напишите уравнение (-я) реакции(-й).
Ответ приведите в полном решении в конце задачи.
Полное решение задачи.
Введите решение текстом и/или прикрепите фото или PDF.
Ответ
Решение
. Например, в таблице растворимости можно найти слабокоординирующийся нитрат-ион. В качестве второго такого иона можно предложить перхлорат-ион. Оценивается любой разумный вариант.
. Рассчитаем молярную массу вещества : C(A) = М => M(A) = = г/моль. Заметим, что на атом водорода как раз приходится = г/моль. Единственный атом водорода в этом веществе может быть связан с углеродом (С-Н кислота) или кислородом (карбоновая кислота или спирт). Если это С-Н кислота, то скорее всего атом углерода с кислым атомом водорода связан с сильными акцепторами. Если акцепторы одинаковые, то формулу можно представить в виде . Тогда M(R) нецелая. Аналогично, если это спирт, то его формула – . Тогда M(R) = г/моль, что соответствует фрагменту . Тогда = . При взаимодействии с алюмогидридом лития образуется комплекс = , затем литий заменяют на серебро по реакции обмена, тогда = . Рассчитаем молярную массу : M(Y) = = г/моль, где – число атомов углерода в ф.е. вещества . Пусть = , тогда молярная масса остатка равна = => = . При взаимодействии серебряной соли с тетраиодметаном образуется = . Подтвердить формулу последней соли можно с помощью расчётных данных. При нагревании в присутствии и кислорода в газовой фазе будут находиться , и . Иод поглотится серебряной сеткой, значит привес массы колонки с обусловлен поглощением , тогда в соли = = , что сходится с расчётным значением = .
. Получим молярные массы и в расчёте на атом мышьяка: M(F) = = г/моль; = = г/моль. Разница молярных масс даёт г/моль, что дает, при условии, что проводится реакция соединения + = , сумму + + M(E) = + = г/моль. Запишем ещё одно уравнение: в = = => M(D) = г/моль, тогда = , а M(E) = г/моль. Исходя из информации о количестве элементов в соединениях, можно прийти к выводу, что содержит фтор. Простым перебором, вычитая две молярные массы фтора из M(E) приходим к = . Тогда содержит октаэдрическую частицу и двухатомную частицу (см.
рисунок), скорее всего октаэдрическая частица представляет собой ион , тогда молярная масса двухатомной частицы равна – = г/моль. Так как один из атомов в этой частице – фтор, то она представляет собой ион и =
, = .
При взаимодействии с избытком происходит окислительно-восстановительная реакция. Разумно предположить, что окислителем является криптон, однако единственным восстановителем в системе может являться только ксенон. Тогда можно записать уравнение реакции: + + + + . Вместо в качестве продукта реакции засчитывается также и .
. Лабораторный синтез фтора без участия электролиза был представлен на конференции в честь столетия первого получения фтора Карлом Кристе в году с помощью реакций: + + + + + ; + + + . Также необходимо синтезировать и : + = + . + = + . Заметим, что нельзя получать при взаимодействии простых веществ, поскольку сам ещё не получен до синтеза .