Химия
8 класс
Вопрос
Аккуратное нагревание смеси веществ A (белый порошок, 16,7 г) и B (серые кристаллы, 25,4 г) дает смесь трех продуктов в равном мольном соотношении: C (желтый порошок, 23,5 г), D (бесцветная жидкость, 14,2 г) и E (бесцветный газ, 2,24 л при н.у.). Вещество A растворимо в воде; при добавлении к полученному раствору водного аммиака образуется осадок, который при дальнейшем добавлении избытка водного аммиака растворяется. Вещество B нерастворимо в воде; при реакции спиртового раствора B с водным аммиаком в осадок выпадают взрывчатые кристаллы. Вещество C нерастворимо в воде, однако заметно растворяется в водном аммиаке. Жидкость D не смешивается с водой, но взаимодействует с водным аммиаком. Газ E слабо растворим в воде, но легко поглощается водным аммиаком. Напишите формулы зашифрованных веществ и уравнения реакций, упомянутые в задаче.
Ответ
Сначала по закону сохранения массы рассчитаем массу газа E: $16,7 + 25,4 - 23,5 - 14,2 = 4,4 г$; следовательно, молярная масса E: $\frac{4,4 г}{ \frac{2,24 л}{22,4 л/моль}} = 44 г/моль$. Простейший газ, обладающий такой молярной массой, это $CO_{2}$. В соответствии с условием задачи $CO_{2}$ - E слабо растворим в воде, но легко поглощается водным аммиаком:
$CO_{2} + 2NH_{3} + H_{2}O = (NH_{4})_{2}CO_{3}$.
Далее, вычислим молярную массу серых кристаллов B: $n \cdot \frac{25,4 г}{ \frac{2,24 л }{ 22,4 л/моль}} = n \cdot 254 г/моль$ (где $n$ - стехиометрическое соотношение между B и E в реакции). В простейшем случае $n = 1$ массе B соответствует $I_{2}$, который нерастворим в воде, а при реакции в спиртовом растворе с водным аммиаком дает осадок взрывчатых кристаллов $NI_{3}$ (точнее $NI_{3} \cdot NH_{3}$) :
$3I_{2} + 4NH_{3} = NI_{3} + 3NH_{4}I$
Аналогичным образом рассчитаем молярные массы веществ A, C и D:
$M(A) = n \cdot \frac{16,7 г}{ \frac{2,24 л }{ 22,4 л/моль}} = n \cdot 167 г/моль$
$M(C) = \frac{23,5 г}{ \frac{2,24 л }{ 22,4 л/моль}} = 235 г/моль$
$M(D) = \frac{14,2 г}{ \frac{2,24 л }{ 22,4 л/моль}} = 142 г/моль$
Поскольку E не содержит атомы йода, то вещество С или D должны их содержать. Попробуем вычесть молярную массу йода из молярной массы С: $235 - 127 = 108 г/моль$, что соответствует массе атома серебра. Таким образом, разумно предположить, что C - это $AgI$ - желтый порошок нерастворимый в воде, однако заметно растворимый в водном аммиаке:
$AgI + NH_{3} = [Ag(NH_{3})_{2}]I$
Теперь попробуем вычесть молярную массу йода из молярной массы D: $142 - 127 = 15 г/моль$, что соответствует массе группы $CH_{3}$. Таким образом, разумно предположить, что D - это $CH_{3}I$ -бесцветная жидкость, которая не смешивается с водой, но взаимодействует с водным аммиаком:
$CH_{3}I + NH_{3} = [CH_{3}NH_{3}]I$
По закону сохранения, оставшееся неразгаданным вещество A имеет состав $C_{2}H_{3}O_{2}Ag$, т.е. $CH_{3}COOAg$ - растворимое в воде вещество. При добавлении к его раствору водного аммиака образуется осадок, который при дальнейшем добавлении избытка водного аммиака растворяется:
$2CH_{3}COOAg + 2NH_{3} + H_{2}O = Ag_{2}O \downarrow + 2CH_{3}COONH_{4}$
$Ag_{2}O + 4NH_{3} + H_{2}O = 2[Ag(NH_{3})_{2}]OH$
Реакция, описанная в задаче, носит имя Бородина-Хунсдикера:
$CH_{3}COOAg + I_{2} = AgI + CH_{3}I + CO_{2}$