Химия

Данные о синтезе соли из металла и неметалла позволяют утверждать, что она является солью бескислородной кислоты и имеет общую формулу где $R$ - остаток бескислородной кислоты.

Поскольку, согласно условию, металл $M$ в процессах окисления не меняет своей степени окисления, следует считать, что в реакции с азотной кислотой окислению подвергается только кислотный остаток $R$. При этом образуется малорастворимая соль кислородсодержащей кислоты с анионом $RO_z$.

Предположение, что при действии азотной кислоты образуется малорастворимая соль азотной кислоты, неприемлемо, так как соли азотной кислоты достаточно хорошо растворимы в воде. Следовательно, новая соль, образовавшаяся при окислении, имеет формулу $M_n(RO_z)_m$.

Далее известно, что после выпаривания остается только соль $M_n(RO_z)_m$ которая с трудом растворяется лишь в концентрированной серной кислоте. Поэтому можно допустить, что речь идет об образовании кислой соли или о вытеснении серной кислотой летучей кислородсодержащей кислоты. Однако кислородсодержащие кислоты, соли которых могут быть получены окислением соответствующих солей бескислородных кислот, как правило, нелетучи.

Реакция соли А с кипящей соляной кислотой предполагает образование малорастворимого на холоде, но растворимого при нагревании хлорида и вытеснение летучей или слабой бескислородной кислоты.

На основании приведенных рассуждений разумно предположить, что в состав исходной соли $A$ в качестве кислотного остатка входил сульфид-анион. Сульфид-ион $S^{2-}$ при действии горячей концентрированной азотной кислоты может окисляться до сульфат-иона $SO_4^{2-}$. В таком случае соль $B$ представляет собой сульфат, который при действии концентрированной серной кислоты превращается в кислую соль

$M_n(SO_4)_m + mH^{+} \rightarrow nM^{m+} + mHSO_4^{-}$.

В качестве катиона в состав солей мог входить свинец, хлорид которого растворим в горячей воде, а сульфат растворяется в концентрированной серной кислоте. Эквивалентная масса металла $M$ может быть определена из соотношения масс сульфата $B$ ($Э_1 = Э_м + 48$) и хлорида $C$ ($Э_2 = Э_M + 35,5$).

$Э_M + 35,5$ соответствует $Э_M + 48$,
1,668 г ($C$) - 1,818 г ($B$),

$Э_M = \frac {1,668 \cdot 48 - 1,818 \cdot 35,5}{1,818 - 1,688} = 104$.

Действительно, полученное значение эквивалента соответствует эквиваленту свинца ($A = 208$, $Э = 104$), что вполне согласуется с описанным поведением его солей.

Следовательно, исходная соль $A$ может представлять собой сульфид свинца $PbS$, который при кипячении с концентрированной азотной кислотой образует сульфат свинца ($B$) $PbSO_4$, растворимый в концентрированной серной кислоте. При кипячении же сульфида свинца с соляной кислотой может образовываться хлорид свинца, растворимый в горячей воде и концентрированной соляной кислоте и выпадающий в осадок при охлаждении и разбавлении раствора

$PbS + 8HNO_3 = PbSO_4 + 8NO_2 + 4H_2O$,
$PbSO_4 + H_2SO_4 = Pb(HSO_4)_2$,
$PbS + 4HCl = H_2PbCl_4 + H_2S$,
$H_2PbCl_4 + (H_2O) \rightleftharpoons PbCl_2 + 2HCl$ (разбавление).

(Учитывая разную растворимость хлорида и сульфата в воде, можно допустить, что массы выпавших осадков малорастворимых (но не практически нерастворимых) солей несколько не соответствуют данным в условии количественным соотношениям. Тогда следует предположить, что эквивалентная масса определена приблизительно, и близкое значение эквивалента (108) имеет серебро, поведение солей которого похоже на поведение солей свинца, но хуже согласуется с данными задачи, в частности касающимися растворимости хлорида в горячей воде. В решении уточнены уравнения реакций, протекающих при растворении $PbS$ и $PbCl_2$ в соляной кислоте.)