Судя по впечатлениям из открытых чатов, многим десятиклассникам региональный этап ВСЕРОССа по химии показался очень сложным. Особенно задача 10-4 вызвала много эмоций. Попробуем разобраться, так ли она нерешаема или таки можно было найти к ней подход?
Вот она:
Очевидно, один из элементов - Х или У имеет переменную валентность. Для того, чтобы снизить градус сложности, предположим, что у второго из них валентность постоянна. Ещё два момента, которые ясны из условия: переменную валентность имеет Y, постоянную - Х и этот Х - не сера. В общем виде всю компанию бинарных соединений А - Е можно пока обозначить YnXm.
Процесс сплавления А, В и С с окислителем (а хлорат натрия - окислитель) говорит о том, что У в этих соединениях может повышать свою степень окисления и давать анионы кислотных остатков, соединённых с натрием.
Таким Y может быть, например, марганец с его серией основных и кислотных оксидов или ванадий, молибден, хром... Для всех этих металлов минимальная валентность равна двум.
Что касается Х, то если это не сера и он, как мы предположили, имеет постоянную валентность, логичнее всего - кислород. Возможно. Как вариант. Тогда круг немного сужается и для А, В и С можем записать предварительную общую формулу YnOm, а самое простое бинарное соединение А имеет состав YО.
Итак, этот оксид сплавили с окислителем и гидроксидом натрия, очевидно, связывающим возникающий кислотный оксид:
YO + NaClO3 + NaOH = NaYO + NaCl + H2O
NaYO - пока без индексов, для упрощения хода мысли, это - состав плава.
Далее, по прописи условия, на это соединение действуют серной кислотой, то есть: NaYO + H2SO4 = Na2SO4 + НYO - идёт реакция ионного обмена, в которой появляется НYО с Y в высшей степени окисления.
Очевидно, НYО - кислота-окислитель и с избытком восстановителя - иодида натрия в среде разбавленной серной кислоты идёт реакция, суть которой:
НYО + NaJ + H2SO4 = J2 (коричневый)+ Na2SO4 + YSO4 + H2O
А дальше - самое сложное - проводят окислительно-восстановительное титрование, в основе которого лежит реакция:
J2 + 2S2O3^2- = 2J^- + S4O6^2-
Этот метод окислительно-восстановительного титрования называется иодометрией. Здесь крайне важен нюанс: молекулярный йод в среде избытка иодида натрия образует комплексное соединение - трииодидный комплекс NaJ3 жёлтого цвета, поэтому обе происходящие реакции (схемы, не уравнения) запишем вот так:
НYО + NaJ + H2SO4 = NaJ3 + Na2SO4 + YSO4 + H2O (*)
NaJ3 + Na2S2O3 = NaJ + Na2S4O6 (**)
Теперь разберём то, что произошло с самым простым из предполагаемых оксидов YO: Его навеску массой 187 мг сплавили с хлоратом и гидроксидом натрия, потом растворили в серной кислоте, добавили к раствору избыток иодида натрия и выделившийся йод оттитровали тиосульфатом. При этом объём титранта оказался равен 8,25 мл. С учётом всех исходных данных получаем, что количество моль эквивалентов титранта равно 0,1 моль/л * 0,00825 л = 0,000825 моль. Значит, столько же моль эквивалентов иодид-ионов вступило в реакцию титрования. Учтём разбавление в 10 раз - получим 0,00825 моль эквивалентов иодид ионов было в колбе на 100 мл. При этом количество вещества иодида натрия в 3 раза меньше (видно по уравнению (**)) и равно 0,00275 моль. Смотрим на уравнение (*) и видим, что 0,00275 моль иодида натрия соответствуют 1 моль атомов Y или его оксида YO. И если мы разделим массу взятого оксида 0,187 г на его количество вещества 0,00275 моль, то получим молярную массу оксида = 68. Такое значение молярной массы соответствует оксиду хрома (II) CrO.
Тогда все уравнения реакций для этого вещества будут такими:
3 CrO + 2 NaClO3 + 6 NaOH = 3 Na2CrO4 + 2 NaCl + 3 H2O
2 Na2CrO4 + H2SO4 = Na2Cr2O7 + Na2SO4 + H2O
Na2Cr2O7 + 9 NaJ + 7 H2SO4 = 4 Na2SO4 + Cr2(SO4)3 + 3 NaJ3 + 7 H2O
NaJ3 + 2 Na2S2O3 = 3 NaJ + Na2S4O6
И да, оно может разлагаться с диспропорционированием:
3CrO = Cr2O3 + Cr
Начинает вырисовываться ряд искомых бинарных соединений: CrO, Cr2O3, CrO2, CrO3 и ещё какой-то незнакомый. Возможно, нестехиометрического состава. Но уже сейчас ясно: Е - это CrO2 и его реакция с соляной кислотой действительно приводит к образованию жёлто-зелёного газа:
2 CrO2 + 8 HCl = 2CrCl3 + 4 H2O + Cl2
Точно так же мы можем рассуждать в отношении остальных оксидов B, C и D.
Попробуйте дальше сами!
ПС. Да, я знаю, что решение автора уже выложено и известно. И моё решение от него отличается. Как и должно быть на олимпиаде.
А вообще, я считаю, что задача, мягко говоря, некорректна. "Титровали коричневый раствор" - трииодидный комплекс NaJ3, который нужно титровать, имеет жёлтый цвет. И если не знать о существовании этого комплекса, то на правильный ответ не выйти. Она решаема, если сделать поблажку автору задачи, но не в десятом классе.
Так что, если вам эта задача показалась очень сложной - вам не показалось.
