Задача. В лаборатории был проведён анализ вещества \(X\), использующегося в качестве удобрения. В ходе него установлено, что при добавлении к его водному раствору гидроксида натрия, нитрата серебра, сульфата калия и фосфата натрия не образуется осадок и не выделяется газ. При внесении в пламя проволоки, смоченной раствором \(X\), последнее окрашивается в жёлтый цвет.
1. Определите молекулярную формулу вещества \(X\), если информация о его растворимости в воде содержится в обычной школьной таблице растворимости. В ответе запишите его молярную массу в г/моль с точностью до целых. Единицы измерения указывать не нужно.
2. Приведите общее название группы удобрений, к которым относится \(X\). Для записи ответа используйте одно существительное в именительном падеже единственного числа с заглавной буквы, например, Сода.
Решение:
Пункт 1. Определение молекулярной формулы и молярной массы вещества \(X\).
1. Анализ условий:
- Вещество \(X\) используется как удобрение.
- При добавлении к раствору \(X\):
- гидроксида натрия (\(\text{NaOH}\)) — нет осадка, нет газа.
- нитрата серебра (\(\text{AgNO}_3\)) — нет осадка, нет газа.
- сульфата калия (\(\text{K}_2\text{SO}_4\)) — нет осадка, нет газа.
- фосфата натрия (\(\text{Na}_3\text{PO}_4\)) — нет осадка, нет газа.
- При внесении в пламя, раствор \(X\) окрашивает его в жёлтый цвет.
2. Выводы из анализа:
- Окрашивание пламени в жёлтый цвет: Это характерный признак наличия ионов натрия (\(\text{Na}^+\)) в растворе.
- Отсутствие осадка с \(\text{NaOH}\): Это означает, что в растворе \(X\) нет катионов, которые образуют нерастворимые гидроксиды с \(\text{OH}^-\) (например, \(\text{Fe}^{2+}\), \(\text{Fe}^{3+}\), \(\text{Cu}^{2+}\), \(\text{Mg}^{2+}\), \(\text{Al}^{3+}\) и т.д.). Также это подтверждает, что вещество \(X\) не является кислотой, которая могла бы реагировать с \(\text{NaOH}\) с выделением газа (например, \(\text{CO}_2\) из карбонатов).
- Отсутствие осадка с \(\text{AgNO}_3\): Это означает, что в растворе \(X\) нет анионов, которые образуют нерастворимые соли серебра (например, \(\text{Cl}^-\), \(\text{Br}^-\), \(\text{I}^-\), \(\text{S}^{2-}\), \(\text{PO}_4^{3-}\), \(\text{CO}_3^{2-}\) и т.д.).
- Отсутствие осадка с \(\text{K}_2\text{SO}_4\): Это означает, что в растворе \(X\) нет катионов, которые образуют нерастворимые сульфаты (например, \(\text{Ba}^{2+}\), \(\text{Pb}^{2+}\), \(\text{Ca}^{2+}\) и т.д.).
- Отсутствие осадка с \(\text{Na}_3\text{PO}_4\): Это означает, что в растворе \(X\) нет катионов, которые образуют нерастворимые фосфаты (большинство катионов, кроме щелочных металлов и аммония).
3. Сопоставление с таблицей растворимости:
Поскольку вещество \(X\) содержит ионы натрия (\(\text{Na}^+\)) и является удобрением, а также не образует осадков с перечисленными реагентами, мы можем предположить, что оно является солью натрия, которая хорошо растворима в воде и не содержит анионов, дающих осадки с \(\text{Ag}^+\), \(\text{Ba}^{2+}\) (через \(\text{SO}_4^{2-}\)) или \(\text{PO}_4^{3-}\).
Рассмотрим возможные анионы, которые могут входить в состав удобрений и не давать осадков с указанными реагентами:
- Нитрат-ион (\(\text{NO}_3^-\)): Все нитраты растворимы. \(\text{AgNO}_3\) растворим, \(\text{NaNO}_3\) растворим.
- Сульфат-ион (\(\text{SO}_4^{2-}\)): Большинство сульфатов растворимы, но \(\text{BaSO}_4\), \(\text{PbSO}_4\), \(\text{CaSO}_4\) малорастворимы. Если бы в \(X\) был сульфат-ион, то с \(\text{Ba}^{2+}\) (если бы он был в \(\text{K}_2\text{SO}_4\), но там \(\text{K}^+\)) или \(\text{Pb}^{2+}\) (если бы он был в \(\text{AgNO}_3\), но там \(\text{Ag}^+\)) мог бы быть осадок. Однако, в данном случае, мы проверяем отсутствие катионов, которые образуют нерастворимые сульфаты. Отсутствие осадка с \(\text{K}_2\text{SO}_4\) означает, что в \(X\) нет катионов, образующих нерастворимые сульфаты.
- Фосфат-ион (\(\text{PO}_4^{3-}\)): Большинство фосфатов нерастворимы, кроме фосфатов щелочных металлов и аммония. Отсутствие осадка с \(\text{Na}_3\text{PO}_4\) означает, что в \(X\) нет катионов, образующих нерастворимые фосфаты.
- Хлорид-ион (\(\text{Cl}^-\)): \(\text{AgCl}\) нерастворим. Если бы в \(X\) был \(\text{Cl}^-\), то с \(\text{AgNO}_3\) образовался бы осадок. Но его нет.
Таким образом, наиболее подходящим анионом, который образует растворимую соль натрия и не даёт осадков с перечисленными реагентами, является нитрат-ион (\(\text{NO}_3^-\)).
Следовательно, вещество \(X\) — это нитрат натрия.
4. Молекулярная формула: \(\text{NaNO}_3\)
5. Расчёт молярной массы:
Атомные массы элементов (округлённые до целых):
- \(\text{Na}\) (натрий) \(\approx 23\) г/моль
- \(\text{N}\) (азот) \(\approx 14\) г/моль
- \(\text{O}\) (кислород) \(\approx 16\) г/моль
Молярная масса \(\text{NaNO}_3\):
\[M(\text{NaNO}_3) = M(\text{Na}) + M(\text{N}) + 3 \cdot M(\text{O})\] \[M(\text{NaNO}_3) = 23 + 14 + 3 \cdot 16\] \[M(\text{NaNO}_3) = 23 + 14 + 48\] \[M(\text{NaNO}_3) = 85 \text{ г/моль}\]Ответ к пункту 1: 85
Пункт 2. Общее название группы удобрений.
Вещество \(X\) — нитрат натрия (\(\text{NaNO}_3\)). Это удобрение, которое содержит азот в нитратной форме. Удобрения, содержащие азот, называются азотными удобрениями.
Ответ к пункту 2: Азотные