Химия
8 класс
Вопрос
Взаимодействие 3,29 г соли серебра $Q$ и 1,83 г бромида $R$ дает 4,12 г $AgBr$ и 1,00 г соединения $S$. При разложении 1,00 г S образуется 655 мл (н.у.) бесцветного газа $T$ и 0,181 г вещества $U$ по твердости близкого к алмазу. Приведите формулы упомянутых в задаче соединений и предложите пространственное строение веществ $S$ и $U$. Для чего может использоваться реакция разложения $S$ на практике?
Ответ
Сначала, проще всего определить молярную массу газа $T$ по закону сохранения массы:
$M(T) = \frac{1,00 - 0,181}{ \frac{0,655}{22,4}} = 28 г/моль$.
Такую молярную массу имеют $C_{2}H_{4}, CO, N_{2}$, причем в реакции термического разложения образование этилена маловероятно. Попробуем теперь разгадать формулу соли $Q$, по массовой доле серебра в ней:
$w(Ag \: в \: Q) = 4,12 \frac{ \frac{108}{188}}{3,29} = 0,720$ или 72%, откуда молярная масса $Q$:
$M(Q) = \frac{108}{0,72} n = 150n г/моль$, где $n$ - целое число соответствующее количеству атомов серебра в молекуле $Q$. При $n = 1$, масса аниона соли $Q$ составляет: 150 - 108 = 48 г/моль. Отметим, что анион должен содержать азот, углерод или кислород, поскольку эти элементы содержатся в газе $T$ ($CO$ или $N_{2}$). Учитывая это, можно предположить, что анионом $Q$ является азид $N_{3}^{-}$, а сама соль - азид серебра $AgN_{3}$. Определим массовую долю брома в $R$ и аналогичным образом попытаемся разгадать состав:
$w(Br \: в \: R) = 4,12 \frac{ \frac{80}{188}}{1,83} = 0,958$ или 95,8%, откуда молярная масса $R$:
$M(R) = \frac{80}{0,958}n = 83,5n г/моль$,
где $n$ - целое число, соответствующее количеству атомов брома в молекуле $R$. Таким образом, молярная масса, приходящаяся на остаток $R$ (не бром) в молекуле, очень мала и составляет $(83,5-80)n = 3,5n г/моль$. При $n = 1$ и 2 масса остатка слишком мала, но при $n = 3$ она приблизительно соответствует массе бора 10,8 г/моль, т.е. $R = BBr_{3}$. Таким образом, в задаче описана реакция $3AgN_{3} + BBr_{3} = 3AgBr + B(N_{3})_{3}$ (соотношение реагентов можно получить из их масс). Разложение $B(N_{3})_{3}$ (как можно рассчитать из масс $S, T$ и $U$) протекает по уравнению: $B(N_{3})_{3} = BN + N_{2}$.
Вещество $S = B(N_{3})_{3}$ имеет строение азида бора (можно написать несколько резонансных структур):
Поскольку указано, что вещество $U(BN)$ имеет твердость, близкую к алмазу, можно предположить, что оно имеет алмазо- или графито-подобную структуру:
Поскольку при разложении $B(N_{3})_{3}$ выделяется большой объем газа, это вещество может применяться в качестве взрывчатки. Также можно предложить использовать $B(N_{3})_{3}$ для покрытия поверхностей твердой пленкой пленкой $BN$.