Химия
8 класс
Вопрос
Ниже приведены уравнения реакций, протекающих между веществами, в состав которых входят атомы химических элементов А, Б, В и Г:
$A_{2} + Б_{2} \rightarrow Б_{2}A$ (1)
$A_{2} + B \rightarrow BA_{2} (2)$
$Б_{2} + B \rightarrow Б_{2}B (3)$
$BA_{2} + A_{2} \rightarrow BA_{3}$ (4)
$Б_{2}B + BA_{2} \rightarrow$ (5)
$BA_{3} + Б_{2}A \rightarrow$ (7)
$Г + Б_{2}BA_{4} \rightarrow ГBA_{4} + Б_{2}A + BA_{2}$ (8)
$ГBA_{4} \rightarrow ГA + BA_{3}$ (9)
$ГA + Б_{2} \rightarrow Г + Б_{2}A$ (10)
Что собой представляют эти вещества? Заменив А, Б, В и Г на символы элементов, написать уравнения приведенных реакций. Ответ обосновать.
Ответ
Из первого уравнения реакции следует, что А и Б - простые вещества, молекулы которых состоят из двух атомов. Атомы элемента Б проявляют в соединении $Б_{2}A$ валентность, равную 1, атомы элемента А - равную 2. Искомыми элементами могут быть водород, азот, кислород и галогены. Из перечисленных элементов условию задачи удовлетворяет кислород - элемент А. Так как кислород непосредственно с галогенами не взаимодействует и в результате реакции с азотом образуется оксид азота состава $NO$, а не $N_{2}O,$ то галогены и азот исключаются. Элемент Б - водород:
$O_{2} + 2H_{2} = 2H_{2}O$ (1)
Из схемы уравнения реакции (2) следует, что В - простое вещество. Так как атомы его в соединении с водородом проявляют степень окисления - $2 (Б_{2}B)$, а с кислородом + $4(BA_{2})$, то вещество В - неметалл. Удовлетворяют этим условиям элементы подгруппы серы (сера, селен, теллур). Поскольку реакция окисления оксида элемента В (IV) в оксид элемента В (VI) (реакция 4) возможна лишь для серы, то элемент В - сера:
$O_{2} + S = SO_{2}$ (2)
$H_{2} + S = H_{2}S$ (3)
$2SO_{2} + O_{2} = 2SO_{3}$ (4)
$2H_{2}S + SO_{2} = 3S + 2H_{2}O$ (5)
$2H_{2}S + 3O_{2} = 2SO_{2} + 2H_{2}O$ (6)
или
$2H_{2}S + O_{2} = 2S + 2H_{2}O$
$SO_{3} + H_{2}O = H_{2}SO_{4}$ (7)
Из схемы уравнения реакции (8) следует, что вещество Г - металл, атомы которого проявляют в сульфате степень окисления +2, и что для реакции взята концентрированная серная кислота. Металлами, которые взаимодействуют с концентрированной серной кислотой с образованием сернистого газа и при этом проявляют степень окисления +2, могут быть медь, цинк, кадмий, ртуть, кобальт, никель, марганец, олово.
Так как при прокаливании сульфатов кобальта, никеля, марганца и олова (металлы с переменной валентностью) (реакция 9) могут образовываться оксиды типа $ME_{2}O_{3}$, $MeO_{2}$, то перечисленные металлы исключаются. При разложении сульфата ртути выделяется свободная ртуть, поскольку ее оксид малоустойчив при нагревании. Поэтому ртуть тоже можно исключить.
Из оставшихся металлов оксиды цинка и кадмия до свободных металлов водородом не восстанавливаются (реакция 10). Следовательно, искомым металлом $Г$ может быть медь:
$Cu + 2H_{2}SO_{4} = CuSO_{4} + SO_{2} + 2H_{2}O$ (8)
$CuSO_{4} = CuO + SO_{2}$ (9)
$CuO + H_{2} = Cu + H_{2}O$ (10)