← Все олимпиадные задачи
Задача 8 · Неорганика

Жёлто-зелёный ядовитый газ

Желто-зеленый ядовитый газ X является одним из сильнейших галогенов.

Реакций 14Раздел НеорганикаУровень муниципальный

Желто-зеленый ядовитый газ X является одним из сильнейших галогенов. При пропускании его через холодный раствор гидроксида натрия образуется смесь двух солей — поваренной соли B и гипохлорита C (входит в состав отбеливателя «Белизна») (реакция 1). Газ X также может напрямую реагировать с натрием, образуя соль B (реакция 13). А при пропускании через горячий раствор гидроксида калия образуется хлорид J и знаменитая бертолетова соль D (реакция 2). Саму соль D можно разложить при нагревании с катализатором до хлорида J (реакция 11). Массовая доля кислорода в соли D составляет $39,18\%$. Интересно, что концентрированная кислота A при реакции с солью D со взрывом выделяет обратно исходный газ X (реакция 3).

Газ X реагирует с водородом, образуя кислоту A (реакция 12). Сама кислота A нейтрализуется щелочью до соли B (реакция 5). Кислоту A также можно окислить до X при нагревании с черным порошком F ($MnO_2$) (реакция 4). Кроме того, более активный фтор способен вытеснить X из кислоты A (реакция 14). Соли A (хлориды) легко обнаружить с помощью нитрата серебра: выпадает белый творожистый осадок E, массовая доля галогена в котором $24,74\%$ (реакция 6).

Газ X способен вытеснять менее активные галогены из их солей: из бромида калия он вытесняет бурую жидкость G (реакция 7), а из иодида калия — темно-фиолетовые кристаллы H (реакция 8). Жидкость G в свою очередь также способна вытеснять H из иодидов (реакция 9).

Если пропустить газ X над гашеной известью, образуется белое порошкообразное вещество I (хлорная известь) с резким запахом и массовой долей активного элемента $55,91\%$ (реакция 10).

Схема превращений (11 веществ):

+ H₂, t°12 + F₂, t°3 + NaOH5 + AgNO₃6 + NaOH, хол.1 t°, MnO₂3 + KBr7 + KI9 + Ca(OH)₂10 + A (конц.), t°4 X A B C D E F G H I J
Ещё превращения — вне схемы
  • X → B + Na (реакция 1)
  • X → D + KOH, t° (реакция 2)
  • D → X + HCl (конц) (реакция 3)
  • X → J + KOH, t° (реакция 2)
  • X → H + KI (реакция 8)

Показать решение и уравнения реакций

Ответ

Шаг 1: Расшифровка веществ.
Соль D с $\omega(O) = 39,18\%$ — это $KClO_3$. $M = 39 + 35,5 + 48 = 122,5$. $\omega(O) = 48/122,5 \approx 0.3918$.
Осадок E с $\omega(Hal) = 24,74\%$ — это $AgCl$. $M = 108 + 35,5 = 143,5$. $\omega(Cl) = 35,5/143,5 \approx 0.2474$.
Вещество I с $\omega(Cl) = 55,91\%$ — это $CaOCl_2$. $M = 40 + 16 + 71 = 127$. $\omega(Cl) = 71/127 \approx 0.5591$.
Следовательно, X — Хлор ($Cl_2$).

Вещества: X = $Cl_2$, A = $HCl$, B = $NaCl$, C = $NaClO$, D = $KClO_3$, E = $AgCl$, F = $MnO_2$, G = $Br_2$, H = $I_2$, I = $CaOCl_2$, J = $KCl$.

Реакции (14 уравнений):
1. $Cl_2 + 2NaOH \xrightarrow{холод} NaCl + NaClO + H_2O$
2. $3Cl_2 + 6KOH \xrightarrow{t^\circ} 5KCl + KClO_3 + 3H_2O$
3. $KClO_3 + 6HCl(конц) \rightarrow 3Cl_2\uparrow + KCl + 3H_2O$
4. $4HCl(конц) + MnO_2 \xrightarrow{t^\circ} MnCl_2 + Cl_2\uparrow + 2H_2O$
5. $HCl + NaOH \rightarrow NaCl + H_2O$
6. $NaCl + AgNO_3 \rightarrow AgCl\downarrow + NaNO_3$
7. $Cl_2 + 2KBr \rightarrow 2KCl + Br_2$
8. $Cl_2 + 2KI \rightarrow 2KCl + I_2\downarrow$
9. $Br_2 + 2KI \rightarrow 2KBr + I_2\downarrow$
10. $Cl_2 + Ca(OH)_2 \rightarrow CaOCl_2 + H_2O$
11. $2KClO_3 \xrightarrow{t^\circ, MnO_2} 2KCl + 3O_2\uparrow$
12. $Cl_2 + H_2 \xrightarrow{h\nu} 2HCl$
13. $Cl_2 + 2Na \xrightarrow{t^\circ} 2NaCl$
14. $2HCl + F_2 \xrightarrow{t^\circ} 2HF + Cl_2\uparrow$