Химия

8 класс

Образец смеси соли некоторого металла с его двуокисью массой 0,45 г нагрели до температуры, превышающей

$530^{\circ} C$ . Выделившийся при этом бурый газ количественно собрали в газовую бюретку над ртутью. При температуре

$20^{\circ} C$ и давлении 740 мм рт. ст. объем собранного газа был равен

$72,3 см^3$ . Твердый остаток, образовавшийся после прокаливания, растворили в водном растворе серной кислоты и полученный раствор обработали раствором перекиси водорода. При этом выделился газ, который при температуре

$20^{\circ}C$ и давлении 912 мм рт. ст. занимал в газовой бюрет- 0 объем

$69,1 см^3$ . Для характеристики катиона, входящего в состав соли, небольшое количество смеси обработали водой и обнаружили, что полученный раствор при действии сульфида натрия выделяет осадок телесного цвета. а. Установите, какие соединения входили в состав смеси, и напишите уравнения реакций, описанных в задаче. б. Вычислите процентный состав смеси.

а. Описанная окраска соединений позволяет предположить, что речь идет о соединениях марганца: нитрате

$Mn(NO_3)_2$ , двуокиси

$MnO_2$ и сульфиде

$MnS$ (телесного цвета).

$Mn(NO_3)_2 \overset {t^{\circ}}{=} MNO_2 + 2NO_2$ , (1)

$MNO_2 + 2H^{+} + H_2O_2 = Mn^{2+} + 2H_2O + O_2$ . (2)

б. Образец

$Mn(NO_3)_2$ в смеси с

$MNO_2$ выделил при разложении [по уравнению реакции (1)]

$n_1 = \frac{p_1V_1}{RT} = \frac {740 \cdot 0,0723}{760 \cdot 0,082 \cdot 293} = 0,00292$ моля

$NO_2$ ,

следовательно, он cодepжaл 0,00146 моля

$Mn(NO_3)_2$ .

По количеству кислорода, выделившегося согласно уравнению реакции (2), из

$MnO_2$ , как содержавшейся в исходной смеси, так и образовавшейся при разложении нитрата, определяем

$n_2 = \frac{p_2V_2}{RT} = \frac {912 \cdot 0,0691}{760 \cdot 0,082 \cdot 293} = 0,00345$ моля

$O_2$ .

Отсюда следует, что в смеси содержалось суммарно 0,00345 моля

$[Mn(NO_3)_2 + MNO_2]$ , т.е.

$0,00146 \cdot 178,95 = 0,261$ г,

$Mn(NO_3)_2$ (

$M = 178,95$ ) и

$0,00345 - 0,00146 = 0,00199$ моля, или

$0,00199 - 86,94 = 0,173$ г,

$MnO_2$ (

$M = 86,94$ ), а также

$0,450 - (NULL,261 + 0,173) = 0,016$ г прймесей.

Таким образом, в состав смеси входило

$(NULL,261 : 0,450) \times 100 = 58 \% Mn(NO_3)_2$ ,

$(NULL,175 : 0,450) \cdot 100 = 38,4 \% MNO_2$ и

$(NULL,0016 : 0,450) \cdot 100 = 3,6 \%$ примесей.

(Приведенное решение недостаточно корректно, поскольку в нем считается, что при

$20^{\circ} C \: NO_2$ не ассоциирована с образованием

$N_2O_4$ ; кроме того,

$MnO_2$ при сильном нагревании разлагается с образованием

$Mn3O_4$ , которая также реагирует с

$H_2O_2$

$3MNO_2 \overset {t^{\circ}}{\rightarrow} Mn_3O_4 + O_2$ ,

$Mn_3O_4 + H_2O_2 + 3H_2SO_4 \rightarrow 3MnSO_4 + O_2 + 4H_2O$ .

С учетом этих процессов для решения задачи следует воспользоваться системой уравнений