Химия
8 класс
Вопрос
Некоторое вещество, принадлежащее к числу неорганических соединений, не растворяется в соляной кислоте, но может быть переведено в раствор при длительном кипячении с разбавленной азотной кислотой. В указанных условиях был растворен образец этого вещества массой 0,9554 г. Полученный раствор выпарили досуха, а сухой остаток прокалили. При обжиге наблюдалось выделение белого дыма масса оставшегося после прокаливания вещества оказалась равной 0,7950 г. Образовавшееся в результате прокаливания вещество растворили в разбавленной соляной
кислоте и к полученному раствору добавили избыток раствора иодистого калия. На титрование выделившегося иода потребовалось $20,0 см^3$ 0,50 н. раствора тиосульфата натрия. Было также установлено, что солянокислый раствор под действием избытка раствора аммиака меняет свою окраску характерным образом.
а. Назовите анализируемое вещество.
б. Напишите уравнения всех превращений, названных в условии задачи.
Ответ
На основании реакции соли металла (полученной при растворении оксида металла в разбавленной серной кислоте) с раствором иодида калия, приводящей к выделению иода, можно сделать вывод, что металл, который входит в состав соли, проявляет переменную степень окисления. Таким металлом может быть медь, а исходное вещество - сульфидом меди.
После растворения сульфида в азотной кислоте и прокаливания смеси полученного нитрата и серной кислоты образуется оксид металла. Замена серы в сульфиде $MS$ на кислород в оксиде $MО$ приводит к потере массы $0,9554 - 0,7950 = 0,1604$ г. Образец содержал $[0,1604 : (NULL,06 - 16)] = 0,010$ моля, или 0,320 г, серы. На долю металла в соединении приходится $0,9554 - 0,320 = 0,6354$ г.
Если формула сульфида $MS$, то атомная масса металла, равная 63,54, совпадает с атомной массой меди. Иодометрическое определение эквивалента оксида дает то же значение атомной массы.
Для установления формулы вещества были осуществлены следующие реакции:
$3CuS + 8HNO_3 = 3Cu(NO_3)_2 + 3S + 2NO + 4H_2O$
или
$CuS + 8HNO_3 = CuSO_4 + 8NO_2 + 4H_2O$,
$CuSO_4 \overset {t^{\circ}}{\rightarrow} CuO + SO_3$,
частично
$CuSO_4 \rightarrow CuO + SO_2 + O_2$,
$CuO + 2HCl = CuCl_2 + H_2O$
$Cu(H_2O)_4^{2+} + 4NH_3 \rightarrow Cu(NH_3)^{2+} + 4H_2O$,
$2Cu^{2+} + 4I^{-} = Cu_2I_2 + I_2$,
$I_2 + 2S_2O_3^{2-} = 2I^{-} + S_4O_6^{2-}$.
(При предварительном анализе следовало бы рассмотреть и другие варианты, так как допущение о том, что вещество обязательно является сульфидом $MS$, недостаточно мотивированно (не использовано даже условие о выделении белого дыма при прокаливании остатка). В этом случае анализ данных позволил бы отбросить такие элементы, как железо, ртуть и т. д. Более строго следует провести решение с использованием эквивалента, определенного по результатам иодометрии, поскольку даже для второго сульфида меди $Cu_2S$ первая половина решения
$Cu_2S + 12HNO_3 = CuSO_4 + Cu(NO_3)_2 + 10NO_2 + 6H_2O$,
$CuSO_4 \rightarrow CuO + SO_3$,
$2Cu(NO_3)_2 = 2CuO + 4NO_2 + O_2$,
в результате чего 1 моль $Cu_2S$ ($M = 160$) дает 2 моля $CuO$ ($2M = 2 \cdot 80 = 160$), не приведет к правильному результату.)