Химия

8 класс

При нагревании 16,85 г ярко-красного вещества

$А$ с 2,23 г порошка железа при

$1000 К$ образовался твердый остаток

$Б$ и выделилось 3,04 л паров некоторого вещества

$Ж$ (

$1000 К$ ; 101,3 кПа). Длительное плавление остатка

$Б$ с 21,63 г персульфата калия

$K_2S_2O_8$ при

$650 К$ дало 2,51 л

$В$ (

$650 К$ ; 101,3 кПа) и 23,54 г твердого остатка

$Г$ , водный раствор которого темнеет при добавлении йодида калия. Смесь

$В$ частично поглощается водным раствором аммиака с образованием темного осадка

$Д$ , который отделили фильтрованием. При добавлении к фильтрату

$Е$ концентрированной азотной кислоты появился бурый газ и темные кристаллы. Известно, что вещество

$А$ способно при нагревании обратимо изменять свой цвет на желтый. Определите состав веществ

$А, Б, В, Г, Д$ . Напишите все уравнения протекающих реакций. Объясните происходящие изменения и подтвердите ответ расчетом.

Количества данных веществ: железа

$2,23/44,8 = 0,0400$ моль; персульфата калия

$21,63/270,4 = 0,0800$ (моль); вещества

$Ж$

$v = PV/RT = 101,3 \cdot 3,044/8,31 \cdot 1000 = 0,0371$ (моль) и вещества

$В$

$v = 101,3 \cdot 2,51/8,31 \cdot 650 = 0,0471$ (моль). Так как вещество

$Ж$ образуется из вещества

$А$ , отношение количеств вещества

$Ж$ и вещества

$А$ должно быть небольшим целым числом и разницу в количествах газов

$0,0471 - 0,0371 = 0,0100$ (моль) нельзя связывать с имеющимся количеством железа. Поскольку в исходную смесь, дающую

$В$ и

$Г$ , входит железо и персульфат, являющийся при нагревании сильным окислителем, вещество

$Г$ , вероятно, - сульфат железа (III). На это указывает выделение йода из раствора йодида калия (потемнение раствора). Веществом

$В$ , который из аммиачного раствора выделяет темно-коричневый осадок, может быть испаренный йод:

$3I_2 + 4NH_3 = 3NH_4I + NI_3$ (приближенная формула).

Это согласуется с реакцией с концентрированной азотной кислотой:

$2NH_4I + 4HNO_3 = 2NH_4NO_3 + 2H_2O + I_2 + 2NO_2 \uparrow$ .

Отсюда следует, что вещество

$А$ содержит йод.

Красный йодид, который при нагревании обратимо становится желтым, - йодид ртути (II). При нагревании исходных веществ протекает реакция

$HgI_2 + Fe = FeI_2 + Hg$ .

Таким образом, вещество

$Ж$ - это ртуть.

Масса йодида ртути равна

$v (HgI_2)M(HgI_2) = 0,0371 \cdot 454,3 = 16,85$ г, что соответствует условиям задачи. Согласно уравнению реакции па взаимодействие 0,0371 моль

$HgI_2$ расходуется 0,0371 моль железа. Столько же образуется йодида железа (II) и остается

$0,0400-0,0371 = 0,0029$ моль железа.

При нагревании остатка

$Б$ (

$FeI_2$ ) с персульфатом калия протекает реакция

$\underset{0,0371}{2FeI_2} + \underset{0,0556}{3K_2S_2O_8} = \underset{0,0185}{Fe_2(SO_4)_3} + \underset{0,0556}{3K_2SO_4} + \underset{0,0371}{2I_2}$ .

Количество сульфата железа(III)

$0,5 \cdot 0,0371 = 0,0185$ моль, а сульфата калия

$1,5 \cdot 0,0371 = 0,0556$ моль. Происходит также окисление железа:

$\underset{0,0029}{2Fe} - \underset{0,0044}{3K_2S_2O_8} = \underset{0,0015}{Fe_2(SO_4)_3} + \underset{0,0044}{3K_2SO_4}$

Общее количество сульфата железа (III) равно

$0,0185 + 0,0015 = 0,0200$ моль, а его масса -

$0,0200 \cdot 399,9 = 7,998$ г. Общее количество сульфата калия равно

$0,0556 + 0,0044 = 0,0600$ моль, а его масса -

$0,0600 \cdot 174,2 = 10,452$ г. Персульфата осталось