odchudzicsie
Metal A należący do dosyć znanych i rozpowszechnionych pierwiastków należy do metali szlachetnych. Wyższy tlenek tego metalu(B) otrzymuje się w wyniku działania silnie alkalicznego roztworu peroksodisiarczanu(VI) potasu na roztwór zawierający kationy A+. Co więcej, tlenek B można zredukować przy pomocy metalu A do niższego tlenku X. Podczas ogrzewania jednego z węglanów metalu A w łagodnych warunkach można otrzymać związek B, który jest na tyle silnym utleniaczem, że nadtlenek wodoru jest wobec niego reduktorem.
W oparciu o utleniające właściwości B zbudowano ogniwo, którym katodę stanowiła elektroda pokryta tymże związkiem i zanurzona w 500cm3 roztworu o pH=1,5, do którego dodano 12,5g kwasu metaarsenowego(III). Na zmiareczkowanie produktu utleniania zużyto 0,64694cm3 roztworu jodku potasu o c=10-6mol/dm3.
Po zajściu reakcji roztwór wyjściowy zastąpiono6500cm3 amoniaku (cp=30%, d=0,892g/cm3), proces zachodził do momentu, aż objętość wydzielającego się gazu nie wyniosła 45dm3 (T=298K, p=2,5atm). Gaz ten jest niepalny i bezbarwny, zaś utlenić go można jedynie przy działaniu katalizatora. Załóż, że w tym przypadku B występuje w roztworze w postaci kationów.
Wartości ∆H wynoszą odpowiednio dla:
amoniaku: -46kJ/mol
wody: -285,9kJ/mol
anionu wodorotlenkowego: -229,9kJ/mol
pKa dla kationu NH4+: 9,25
pKa dla kwasu metaarsenowego(III): 9,2
Wartości potencjałów standardowych wynoszą odpowiednio:
dla półogniwa B/X: 1,98V
dla półogniwa ortoarsenian(V)/metaarsenian(III) [w środ. kwaśnym]: 0,559V
a. Podaj wzory substancji opisanych literami A, B i X, swoją odpowiedź uzasadnij odpowiednimi obliczeniami.
b. Zapisz równanie Nernsta dla obu półogniw.
c. Oblicz ilość B użytego do reakcji.
d. Oblicz SEM każdego z ogniw.
e. Zapisz równania wszystkich reakcji.
f. Wytłumacz przyczynę trwałości termodynamicznej substancji B.
Związek X jest solą kompleksowego anionu (w jego skład nie wchodzi tlen) pewnego metalu A i niemetalu B. W temperaturze pokojowej badana substancja jest czerwonym ciałem stałym, które gwałtownie reaguje w kontakcie z wodą. Podczas ogrzewania do temperatury 400K związek ten ulega reakcji dysproporcjonowania. Jednym z produktów hydrolizy była mieszanina trzech gazów C, D i E o łącznej objętości 155,834cm3. Tlenek gazu C na +VI stopniu utlenienia jest tak silnym utleniaczem, że w wyniku zakwaszenia jego roztworu następuje utlenienie kationów Mn2+. Gdy tlenek gazu C zostanie wprowadzony do alkalicznego środowiska w obecności kationów Ba2+, strąca się czerwony osad(L) o masie 8,1g oraz wydziela się mieszanina gazów C i D o objętości około 31,168cm3. (Objętość taka sama dla produktów hydrolizy X) Gaz D w temperaturze 54,26K jest niebieskim ciałem stałym. Gaz E jest z kolei substancją o silnych właściwościach żrących słabo zdysocjowaną w roztworze wodnym pH jego nasyconego roztworu wynosi około 2,8 (V=1dm3). Co więcej, odpowiednich warunkach roztwarza srebro, dając jego rozpuszczalną sól. Jedynym stałym produktem hydrolizy związku X był czarny osad F. Uwodniony osad barwy żółtej można otrzymać w wyniku gotowania chlorku metalu A z wodnym roztworem KOH. Chlorek metalu A jest rozpuszczalny w HCl, z którego strąca czarny osad G pod wpływem działania siarkowodoru. Chlorkowy kompleks metalu A strąca pomarańczowy osad pod wpływem kationów Sn2+. Osad G jest rozpuszczalny jedynie w wodzie królewskiej.
pKa=3,2
a. Ustal wzory wszystkich substancji opisanych literami A, B , C, D, E, F, G, L i X, odpowiedź poprzyj obliczeniami i krótkim uzasadnieniem. (B i C to ten sam pierwiastek)
b. Co jest przyczyną słabej dysocjacji roztworu wodnego gazu E i wytłumacz, co powoduje jego silnie żrące właściwości.
c. Zapisz równania wszystkich zachodzących reakcji.
d. Wyjaśnij przyczynę reaktywności gazu C.
e. Zaproponuj ogniwo, które pozwoliłoby, na ukazanie zdolności utleniających tlenku pierwiastka C na +VI stopniu utlenienia. [Szacowana wartość SEM powinna być nie większa niż 0,2V].
f. Znajdź związek pomiędzy masą molową pierwiastka C a jego stanem skupienia i następnie go omów.
[ Dodano: 2008-03-16, 20:33 ]
Wiadomo, że związek X w wyniku kontaktu z wodą ulega reakcji hydrolizy. Na tym etapie rozwiązywania nie można stwierdzić, jaki dokładnie pierwiastek występuje w części anionowej związku, jednakże można przypuszczać, że niemetalem tworzącym sól (niemetal ten, zgodnie z treścią zadania, występuje w części kationowej soli) jest jeden z helowców. Przypuszczenie to jest w pełni uzasadnione, gdyż jedynie helowce występują w stanie wolnym jako gazy i mogą dawać tlenki na +VI stopniu utlenienia (siarka również daj gazowy tlenek, w którym występuje na +VI stopniu utlenienia, jednakże w stanie wolnym występuje jako ciało stałe) . Co więcej, można dojść do wniosku, że B to ksenon, gdyż jest on jedynym znanym helowcem tworzącym połączenia typu soli.
Metal A można zidentyfikować w oparciu o podane w treści zadania reakcje charakterystyczne. Jakoże odczynnikiem grupowym strącającym siarczek tegoż metalu jest H2S, wiadomo że należy on do grupy IIB Skoro chlorek tego metalu jest roztwarzany w HCl można przypuszczać, że mamy do czynienia z Pt4+. Takie rozumowanie potwierdzają reakcje opisane w zadaniu, a dokładniej:
PtCl4 + 2Cl- → [PtCl6]2-
2K+ + [PtCl6]2- → K2[PtCl6]↓ (żółty osad)
Sn2+ + [PtCl6]2- → Sn[PtCl6]↓
[PtCl6]2- + 2H2S → Pt↓ + 4H+ + 6Cl-
2Xe[PtF6] + 6H2O → 2Xe↑ + 2PtO2↓ + 12HF↑ + O2↑
Wiemy zatem, że w części anionowej związku występuje kompleks: [PtX6]2+, zaś w kationowej – jon prosty Xe2+. Skoro jednym z produktów hydrolizy jest fluorowcowodór, który jest słabo zydsocjowany w roztworze wodnym, można przypuszczać, że jest nim HF (wszystkie pozostałe halogenowodory są niemalże w 100% zdysocjowane w roztworach wodnych) . Można dojść do tego wniosku, porównując wartość pKa tego związku z 0. Jest to jedyny fluorowcowodór, którego pKa>0.
Wniosek: Związek X to Xe[PtF6]
Wniosek: Pierwiastek B to ksenon.
Wniosek: Pierwiastek A to platyna.
Wniosek: Gaz E to fluorowodór.
Wniosek: Osad L Ba2XeO6.
Wniosek: Osad F to tlenek platyny(IV).
Wniosek: Osad G to platyna i siarka.
Wiadomo, że gaz D jest niebieskim ciałem stałym w temperaturze około 54K, można zatem uznać, jest to tlen, gdyż jako jedyny gaz, przybiera ona barwę niebieską, gdy przechodzi w stan stały.
Wniosek: Gaz D to tlen.
Swoje wcześniejsze przypuszczenia można poprzeć, wyprowadzając stosunek molowy gazowych produktów reakcji hydrolizy X:
Nie można skorzystać ze wzoru pKa = [H3O+]2/(c0 – [H3O+]), ponieważ w treści zadania podano pH nasyconego roztworu fluorowodoru, a z ilości gazu jaka wydzieliła się w wyniku reakcji z wodą nie można byłoby otrzymać roztworu nasyconego.
Układamy zatem układ równań:
(x + y = 31,168) i (x/y = 2) (stosunek wziął się z zapisanego wcześniej równania reakcji) po rozwiązaniu otrzymujemy y = 10,3983 i x = 20,7787. Objętość HF wynosi zatem: 124,666cm3.
Stosunek molowy gazów wynosi: HF : O2 : Xe = 55,6 : 4,64 : 9,276 = 12 : 1 : 2
Reakcja dysproporcjonowania związku X pod wpływem temperatury przebiega zgodnie z równaniem:
2Xe[PtF6] → Xe[PtF6]2 + Xe↑
Osad L strąca się zgodnie z równaniem reakcji:
2Ba2+ + 2XeO3 + 4OH- → Ba2XeO6↓ + Xe↑ + O2 + 2H2O
gaz C jest znacznie mniej reaktywny niż reszta pierwiatków grup 1-17, ponieważ posiada całkowicie zapełnioną powłokę walencyjną.
Ogniwo: (-)Pt, F2|F-||XeO3,H+|Xe, Pt(+)