Question

Ниже приведено описание методики синтеза вещества Х в лабораторных условиях. В коническую колбу вносят 100 г твёрдого иода и добавляют 500 г дымящейся азотной кислоты. Колбу закрывают дном другой круглодонной колбы с проточной водой. Реакционную смесь нагревают и выдерживают при 70–80 о С до окончания реакции. Полученный раствор упаривают на водяной бане, а затем быстро охлаждают льдом. Выделившиеся бесцветные кристаллы отфильтровывают и сушат несколько дней над твёрдым гидроксидом калия или в сушильном шкафу при 60 о С. По данным количественного анализа, полученное вещество содержит 72,14 % иода и 0,5730 % водорода. а) Синтез какого вещества описан в задаче? Приведите его эмпирическую формулу и ваши расчёты.б) Приведите структурную формулу вещества Х. в) Приведите уравнение протекающей реакции с учётом того, что, кроме конечного продукта, образовалась вода и наблюдалось выделение газа, который на выходе из реакционного сосуда при контакте с воздухом приобретал бурую окраску. г) Реакционную смесь необходимо выдерживать при 70–80 о С до окончания реакции. Как экспериментально определить момент окончания реакции?

Answer 1

дано:
- масса иода (I) = 100 г,
- масса дымящейся азотной кислоты (HNO3) = 500 г,
- массовая доля иода в продукте = 72,14 %,
- массовая доля водорода в продукте = 0,5730 %.

найти:
а) Синтезируемое вещество Х и его эмпирическую формулу.
б) Структурную формулу вещества Х.
в) Уравнение реакции.
г) Метод определения окончания реакции.

решение:
а) Для нахождения молекулярной массы вещества Х, сначала определим массу компонента, содержащего у нас водород и иод.

Обозначим массу вещества Х как m_X. Сначала найдем массу иода в конечном продукте:

масса иода в веществе = 72,14% * m_X

Также, зная, что 0,5730% - это массовая доля водорода, можно записать:

масса водорода в веществе = 0,5730% * m_X

С учетом того, что мы имеем только иод и водород в конечном продукте:

m_I = 0,7214 * m_X
m_H = 0,005730 * m_X

Теперь вычислим общее количество вещества:

число моль иода = масса иода / молярная масса иода = 0,7214 * m_X / 126,9 г/моль
число моль водорода = масса водорода / молярная масса водорода = 0,005730 * m_X / 1 г/моль

Согласно стехиометрии, соотношение между количеством моль иода и водорода будет соответствовать количеству атомов в соединении.

Составим пропорцию:
число моль I : число моль H = x : y, где x и y - коэффициенты перед атомами I и H в формуле.

Для упрощения, давайте предположим, что общее количество вещества X изначально было 100 г (так как не теряем массу во время реакции). Затем можем решить систему:

число моль I + число моль H = 1 моль
(0,7214*100/126,9) + (0,005730*100/1) = 1 моль

Примерно получаем мольное соотношение для расчета:

число моль I ≈ 0,568 моль
число моль H ≈ 0,0573 моль

Эмпирическая формула будет C_nH_m, где n и m – целые числа, которые отражают соотношение между водородом и иодом. Таким образом:

C_nH_m = C1H2I1, т.е. C1H2I

Следовательно, синтезируемое вещество Х – это йодид водорода (HI).

б) Структурная формула вещества Х (йодид водорода):
H—I
(линейная структура)

в) Уравнение реакции:
2 I2 + 10 HNO3 → 2 HI + 5 NO2 + 4 H2O

При этом NO2 является газом, который при контакте с воздухом приобретает бурую окраску.