Химия

8 класс

Бинарное соединение элементов

$A$ и

$B$ широко применяется при производстве электроники. В промышленности

$AB$ получают, нагревая эквимолярную смесь газов

$X$ и

$Y$ : образующийся при этом

$AB$ кристаллизуется на подложке, а единственный побочный продукт

$Z$ остается в газовой фазе. Из 794 мг

$X$ и 539 мг

$Y$ получается 465 мл газа

$Z$ (при н.у.) и 1,00 г

$AB$ (кстати, этого количества достаточно для производства более 100 мобильных телефонов). Само вещество

$AB$ химически инертно, а вот исходные соединения

$X$ и

$Y$ легко воспламеняются на воздухе. Соединение

$X$ также бурно реагирует с водой с выделением газа

$Z$ , причем из 1 моль

$X$ образуется 3 моль

$Z$ . С помощью расчетов определите формулы веществ, описанных в задаче.

Для начала определим молярную массу газа

$Z$ , исходя из закона сохранения массы в реакции

$X$ и

$Y$ :

$\frac{0,794г + 0,539г - 1,00г}{ \frac{ 0,465л}{22,4г/моль}} = 16,04 г/моль$ . Такой молярной массой обладает единственный газ - метан. По условию задачи метан (

$Z$ ) образуется в реакции

$X$ с водой. Поскольку из воды в молекулу

$Z$ мог попасть только водород, следовательно, углерод входит в состав

$X$ . А поскольку из 1 моль

$X$ образуется 3 моль

$Z$ , то в молекулу

$X$ входит 3 атома углерода. Теперь обратим внимание, что метан также образуется при реакции

$X$ и

$Y$ . Так как атомы углерода присутствуют в

$X$ , то вещество Y содержит, по-видимому, водород. То есть

$Y$ является гидридом элемента

$B$ . Молярная масса

$Y$ равна:

$\frac{n \cdot 0,539г}{ \frac{0,465л}{22,4л/моль}} = n \cdot 26,96 г/моль$ , где

$n$ - стехиометрическое соотношение между

$Y$ и

$Z$ .

При

$n = 1$ подходящих газообразных гидридов не существует (единственный возможный гидрид c такой молярной массой -

$MgH_{2}$ ).
При

$n = 2$ молярная масса

$Y$ соответствует

$TiH_{4}$ (на самом деле гидрид титана - очень неустойчивое соединение, зафиксированное лишь спектроскопическими методами, однако знать это школьник не обязан).
При

$n = 3$ молярная масса

$Y$ соответствует

$AsH_{3}$ .
При

$n = 4$ подходящих гидридов не существует. В принципе, возможны и более сложные стехиометрические соотношения между

$Y$ и

$Z$ (например,

$n = 2/3$ ), однако пока примем

$Y = TiH_{4}$ или

$AsH_{3}$ в качестве рабочей гипотезы. Если

$Y = TiH_{4}$ , то уравнение описанной в задаче реакции должно выглядеть так:

$A(CH_{2})_{2} + TiH_{4} = ATi + 2CH_{4}$ . Тогда молярная масса

$A$ равна:

$\frac{ 2 \cdot 0,794г}{ \frac{0,465л}{22,4л/моль}} - 2 \cdot 14г/моль = 48,50 г/моль$ . Такой молярной массе не соответствует ни один элемент, а наиболее близок к ней сам

$Ti (M = 47,90 г/моль)$ . Однако даже с такой натяжкой гипотетическая реакция

$Ti(CH_{2})_{2} + TiH_{4} = 2Ti + 2CH_{4}$ не дает бинарного соединения

$AB$ (получается, что

$A = B$ ).

Рассмотрим второй вариант:

$A(CH_{3})_{3} + AsH_{3} = AAs + 3CH_{4}$ . Тогда молярная масса

$A$ равна:

$\frac{3 \cdot 0,794г}{ \frac{0,465л}{22,4л/моль}} - 3 \cdot 15г/моль = 69,75 г/моль$ . Такой массе хорошо соответствует галлий (который, кстати, имеет валентность равную трем).

Таким образом, ответ: