Задача 9-3

Содержание элемента А в земной коре по данным различных исследователей составляет от 7, 45 до 8, 14 %. Природный A состоит практически полностью из единственного стабильного изотопа ⁿ A, со следами ^{n –1}A, радиоактивного изотопа с периодом полураспада 720 тыс. лет. Простое вещество А впервые было получено в 1825 году Гансом Эрстедом, который пропускал хлор через раскалённую смесь оксида А с углём, а образовавшиеся кристаллы нагревал с амальгамой калия. В 1855 г. французский химик Анри Этьенн Сент-Клер Девиль разработал первый промышленный способ получения А, основанный на взаимодействии натриевой соли его тетрахлорокомплекса с металлическим натрием. Но уже в 1886 г американцем Чарльзом Холлом и французом Полем Эру независимо друг от друга были разработаны основы метода, с помощью которого это вещество получают в промышленности до сих пор!

Простое вещество А – лёгкий, серебристо-белый металл, обладающий высокой тепло- и электропроводностью, легко поддающийся формовке, литью, механической обработке. При нормальных условиях стоек по отношению к коррозии и к действию концентрированных азотной и серной кислот, но легко растворяется в этих кислотах при нагревании или разбавлении их водой. Продукты взаимодействия А с серой и углеродом (эти реакции идут при нагревании) взаимодействуют с водой с образованием студенистого белого осадка и газов.

Металл А взаимодействует и со щелочами. В ходе проведённых в лаборатории экспериментов обнаружено, что растворение 0, 675 г металла А в 100 мл 1 М раствора гидроксида натрия привело к выделению 0, 840 л газа в пересчёте на н. у.

Вопросы:

1. Установите металл А. Воспользовавшись данными по растворению металла в растворе щёлочи, подтвердите ответ расчётом.

2. Напишите уравнения реакций получения металла А, проведённых Эрстедом и Девилем, а также реакции металла со щёлочью. Опишите (схематично) суть метода, предложенного Холлом и Эру.

3. Напишите уравнения реакций, которыми охарактеризованы химические свойства А и его соединений в условии. Всего 8 реакций.

4. Какое место по его распространённости в земной коре занимает элемент А: а) среди металлов; б) среди всех элементов? Напишите уравнение радиоактивного распада изотопа ^{n –1}A, зная, что при его распаде образуется позитрон. Во сколько раз уменьшается содержание этого изотопа в образце каждые 2 млн. 160 тыс. лет?

Раствор, полученный растворением 0, 675 г А в 100 мл 1 М NaOH, подвергли дальнейшим лабораторным испытаниям. В охлаждённый до 0 °C раствор пропустили избыток углекислого газа, в результате чего образовался насыщенный раствор вещества Б и выпал белый осадок 1. Осадок 1 отфильтровали и несколько раз прокалили до постоянной массы при разной температуре. Его масса после прокаливания при 250 °C составила 2, 454 г (полученный остаток обозначим цифрой 2), после прокаливания при 600 °C – 2, 229 г (остаток 3), после прокаливания при 1200 °C – 1, 833 г (остаток 4) и осталась равной 1, 833 г после прокаливания при 2000 °C.

5. Воспользовавшись результатами экспериментов по прокаливанию, определите качественный состав осадка 1 и остатков 2 – 4. Назовите Б и рассчитайте его молярную концентрацию в насыщенном при 0 °C растворе (объём раствора можно считать постоянным). Напишите уравнения реакций, проведённых в ходе лабораторных испытаний.