Разделы 
Дополнительно
Задача по химии - 4383
2025-07-22 
Белое твердое кристаллическое вещество X проявляет следующие свойства:
а) окрашивает пламя газовой горелки в интенсивно-желтый цвет;
б) водный раствор вещества Х проявляет нейтральную реакцию. При медленном введении сернистой кислоты (раствор $ SO_{2} $ в воде) раствор принимает темно-коричневую окраску, которая исчезает при избытке сернистой кислоты;
в) если к обесцвеченному раствору, подкисленному $ HNO_{3} $, добавить раствор $ AgNO_{3} $, то выпадает желтый осадок, не растворимый в водном аммиаке, но хорошо растворимый в присутствии цианид-ионов $ CN^{-} $ или тиосульфат-ионов $ S_{2}O_{3}^{2-} $;
г) при введении в водный раствор исходного вещества X иодида калия и разбавленной кислоты появляется темно-коричневое окрашивание; раствор можно обесцветить добавлением сернистой кислоты или раствора тиосульфата натрия;
д) навеску исходного вещества X массой 0,1000 г растворяют в воде. В полученный раствор добавляют 0,5 г KI и некоторое количество разб. $ H_{2}SO_{4} $. Образовавшийся темно-коричневый раствор титруют 0,1000 М раствором тиосульфата натрия до полного обесцвечивания, на титрование расходуется 37,40 мл раствора $ Na_{2}S_{2}O_{3} $.
1. На основании наблюдаемых качественных изменений в опытах определите, из каких химических элементов состоит вещество X. Напишите в ионной форме уравнения реакций, протекающих в опытах б) – г).
2. По экспериментальным данным установите формулу исходного соединения X.
Решение:
В состав исходного вещества X входят натрий (желтое окрашивание пламени горелки, опыт а) и иод (образование желтой соли серебра, выпадающей в осадок в азотнокислом растворе и растворимой лишь в присутствии сильных комплексообразователей – ионов $ CN^{-} $ или $ S_{2}O_{3}^{2-} $, опыт в). Однако вещество X не может быть $ NaI $, так как при действии сернистой кислоты это соединение не способно выделять иод (темно-коричневое окрашивание в опыте б). Вероятно, в состав вещества X входит кислород.
Описанные в пунктах в) и г) превращения подтверждают, что вещество X является солью кислородсодержащей кислоты, причем в анион этой кислоты входит иод. Следовательно, можно предположить, что вещество X – это соль $ NaIO_{x} $. Как диоксид серы, так и иодиды окисляются солями $ NaIO_{x} $, при этом в обоих случаях выделяется свободный иод $ I_{2} $ (либо образуется раствор, содержащий комплексный ион $ I^{-} \cdot nI_{2} $). Окраска иода исчезает при действии восстановителей ($ SO_{2} $ или $ Na_{2}S_{2}O_{3} $).
По условию задачи водный раствор вещества А имеет нейтральную реакцию, значит, соль $ NaIO_{x} $ образована сильной кислотой. Такой кислотой может быть иодноватая или иодная кислота, и соответственно вещество X может иметь формулу $ NaIO_{3} $ (молярная масса $ M=197,90 $ г/моль) или $ NaIO_{4} $ (М=213,90 г/моль).
Для этих солей с указанными реагентами возможны следующие реакции:
$ 2IO_{3}^{-} + 6H_{2}O + 7SO_{2} = 7HSO_{4}^{-} + 5H^{+} + I_{2} $ (1)
$ 2IO_{4}^{-} + 4H_{2}O + 5SO_{2} = 5HSO_{4}^{-} + 3H^{+} + I_{2} $ (2)
$ I_{2} + SO_{2} + 2H_{2}O = HSO_{4}^{-} + 3H^{+} + 2I^{-} $ (3)
$ IO_{3}^{-} + 7I^{-} + 8H^{+} = 4I_{2} + 4H_{2}O $ (4)
$ IO_{3}^{-} + 5I^{-} + 6H^{+} = 3I_{2} + 3H_{2}O $ (5)
$ I_{2} + 2S_{2}O_{3}^{2-} = 2I^{-} + S_{4}O_{6}^{2-} $ (6)
По результатам опыта д) количество $ Na_{2}S_{2}O_{3} $, пошедшее на титрование выделенного иода, равно
$ n_{1}(Na_{2}S_{2}O_{3}) = cV = 0,1 \cdot 0,0374 = 3,74 \cdot 10^{-3} $ моль
Если исходное вещество – соль $ NaIO_{3} $, то ее количество; взятое для титрования, и эквивалентное количество $ Na_{2}S_{2}O_{3} $ в соответствии с уравнениями (5) и (6) должны составить:
$ n(NaIO_{3}) = \frac{m(NaIO_{3})}{M(NaIO_{3})} = \frac{0,1000}{197,90} = 5,053 \cdot 10^{-4} $ моль
$ n_{2}(Na_{2}S_{2}O_{3}) = 6 \cdot 5,053 \cdot 10^{-4} = 3,032 \cdot 10^{-3} $ моль
Поскольку $ n_{1} \ne n_{2} $, значит, соль X не может иметь формулу $ NaIO_{3} $.
Если исходное вещество – соль $ NaIO_{4} $, то аналогичные расчеты с учетом стехиометрии уравнений (4) и (6) приводят к следующим результатам:
$ n(NaIO_{4}) = \frac{m(NaIO_{4})}{M(NaIO_{4})} = \frac{0,1000}{213,90} = 4,675 \cdot 10^{-4} $ моль
$ n_{3}(Na_{2}S_{2}O_{3}) = 8 \cdot 4,675 \cdot 10^{-4} = 3,74 \cdot 10^{-3} $ моль
Количество вещества $ n_{3} $ совпадает с количеством $ Na_{2}S_{2}O_{3} $, рассчитанным по результатам титрования. Следовательно, вещество X – периода т натрия $ NaIO_{4} $.
Белое твердое кристаллическое вещество X проявляет следующие свойства:
а) окрашивает пламя газовой горелки в интенсивно-желтый цвет;
б) водный раствор вещества Х проявляет нейтральную реакцию. При медленном введении сернистой кислоты (раствор $ SO_{2} $ в воде) раствор принимает темно-коричневую окраску, которая исчезает при избытке сернистой кислоты;
в) если к обесцвеченному раствору, подкисленному $ HNO_{3} $, добавить раствор $ AgNO_{3} $, то выпадает желтый осадок, не растворимый в водном аммиаке, но хорошо растворимый в присутствии цианид-ионов $ CN^{-} $ или тиосульфат-ионов $ S_{2}O_{3}^{2-} $;
г) при введении в водный раствор исходного вещества X иодида калия и разбавленной кислоты появляется темно-коричневое окрашивание; раствор можно обесцветить добавлением сернистой кислоты или раствора тиосульфата натрия;
д) навеску исходного вещества X массой 0,1000 г растворяют в воде. В полученный раствор добавляют 0,5 г KI и некоторое количество разб. $ H_{2}SO_{4} $. Образовавшийся темно-коричневый раствор титруют 0,1000 М раствором тиосульфата натрия до полного обесцвечивания, на титрование расходуется 37,40 мл раствора $ Na_{2}S_{2}O_{3} $.
1. На основании наблюдаемых качественных изменений в опытах определите, из каких химических элементов состоит вещество X. Напишите в ионной форме уравнения реакций, протекающих в опытах б) – г).
2. По экспериментальным данным установите формулу исходного соединения X.
Решение:
В состав исходного вещества X входят натрий (желтое окрашивание пламени горелки, опыт а) и иод (образование желтой соли серебра, выпадающей в осадок в азотнокислом растворе и растворимой лишь в присутствии сильных комплексообразователей – ионов $ CN^{-} $ или $ S_{2}O_{3}^{2-} $, опыт в). Однако вещество X не может быть $ NaI $, так как при действии сернистой кислоты это соединение не способно выделять иод (темно-коричневое окрашивание в опыте б). Вероятно, в состав вещества X входит кислород.
Описанные в пунктах в) и г) превращения подтверждают, что вещество X является солью кислородсодержащей кислоты, причем в анион этой кислоты входит иод. Следовательно, можно предположить, что вещество X – это соль $ NaIO_{x} $. Как диоксид серы, так и иодиды окисляются солями $ NaIO_{x} $, при этом в обоих случаях выделяется свободный иод $ I_{2} $ (либо образуется раствор, содержащий комплексный ион $ I^{-} \cdot nI_{2} $). Окраска иода исчезает при действии восстановителей ($ SO_{2} $ или $ Na_{2}S_{2}O_{3} $).
По условию задачи водный раствор вещества А имеет нейтральную реакцию, значит, соль $ NaIO_{x} $ образована сильной кислотой. Такой кислотой может быть иодноватая или иодная кислота, и соответственно вещество X может иметь формулу $ NaIO_{3} $ (молярная масса $ M=197,90 $ г/моль) или $ NaIO_{4} $ (М=213,90 г/моль).
Для этих солей с указанными реагентами возможны следующие реакции:
$ 2IO_{3}^{-} + 6H_{2}O + 7SO_{2} = 7HSO_{4}^{-} + 5H^{+} + I_{2} $ (1)
$ 2IO_{4}^{-} + 4H_{2}O + 5SO_{2} = 5HSO_{4}^{-} + 3H^{+} + I_{2} $ (2)
$ I_{2} + SO_{2} + 2H_{2}O = HSO_{4}^{-} + 3H^{+} + 2I^{-} $ (3)
$ IO_{3}^{-} + 7I^{-} + 8H^{+} = 4I_{2} + 4H_{2}O $ (4)
$ IO_{3}^{-} + 5I^{-} + 6H^{+} = 3I_{2} + 3H_{2}O $ (5)
$ I_{2} + 2S_{2}O_{3}^{2-} = 2I^{-} + S_{4}O_{6}^{2-} $ (6)
По результатам опыта д) количество $ Na_{2}S_{2}O_{3} $, пошедшее на титрование выделенного иода, равно
$ n_{1}(Na_{2}S_{2}O_{3}) = cV = 0,1 \cdot 0,0374 = 3,74 \cdot 10^{-3} $ моль
Если исходное вещество – соль $ NaIO_{3} $, то ее количество; взятое для титрования, и эквивалентное количество $ Na_{2}S_{2}O_{3} $ в соответствии с уравнениями (5) и (6) должны составить:
$ n(NaIO_{3}) = \frac{m(NaIO_{3})}{M(NaIO_{3})} = \frac{0,1000}{197,90} = 5,053 \cdot 10^{-4} $ моль
$ n_{2}(Na_{2}S_{2}O_{3}) = 6 \cdot 5,053 \cdot 10^{-4} = 3,032 \cdot 10^{-3} $ моль
Поскольку $ n_{1} \ne n_{2} $, значит, соль X не может иметь формулу $ NaIO_{3} $.
Если исходное вещество – соль $ NaIO_{4} $, то аналогичные расчеты с учетом стехиометрии уравнений (4) и (6) приводят к следующим результатам:
$ n(NaIO_{4}) = \frac{m(NaIO_{4})}{M(NaIO_{4})} = \frac{0,1000}{213,90} = 4,675 \cdot 10^{-4} $ моль
$ n_{3}(Na_{2}S_{2}O_{3}) = 8 \cdot 4,675 \cdot 10^{-4} = 3,74 \cdot 10^{-3} $ моль
Количество вещества $ n_{3} $ совпадает с количеством $ Na_{2}S_{2}O_{3} $, рассчитанным по результатам титрования. Следовательно, вещество X – периода т натрия $ NaIO_{4} $.
