Ответ на задачу 3. (автор В.Н. Хвалюк)

Вещество А — (NH4)2Cr2O7 дихромат аммония (бихромат аммония). Процесс "извержения вулкана" можно приблизительно выразить уравнением:

(NH4)2Cr2O7 Cr2O3 + N2 + 4H2O.

Для реакции AImage2256.gif (862 bytes) B уменьшение массы навески (масса газообразных продуктов реакции) составило 15,13 - 12,06 = 3,07 (г) или 20,29%. Газообразными продуктами реакции разложения дихромата аммония могут быть: аммиак, азот (в результате окисления аммиака) и пары воды. Т.о. в колонке с NaOH поглощаются пары воды (gamma.lc.gif (54 bytes) H2O = 2,16 : 18 = 0,12 моль). Половина объема оставшихся газов поглощается раствором серной кислоты, значит газы содержатся в соотношении 1:1 (объемном и мольном). Масса осушенного газа составляет 3,07 - 2,16 = 0,91 (г). Количества аммиака и азота равны 0,91 : (28 + 17) = 0,02 (моль). Соотношение NH3:N2:H2O = 1:1:6 (моль), масса продуктов реакции с целочисленными коэффициентами равна 17 + 28 + 108 = 153 (г), масса исходного дихромата аммония составляет 153 : 0,2029 = 754 (г), количество — 754 : 252 = 2,99 (моль). Тогда уравнение разложения на первой стадии может быть записано:

3 (NH4)2Cr2O7 Image2256.gif (862 bytes) n B + N2 + NH3 + 6 H2O,

откуда, состав B - Cr2O5 NH3 (n=3);

3 (NH4)2Cr2O7 = 3 Cr2O5 NH3 + N2 + NH3 + 6 H2O.

При превращении B Image2256.gif (862 bytes)C уменьшение массы составляет 12,06 - 10,42 = 1,64 (г) или 13,60%. В составе газообразных продуктов аммиак и азот (соотношение 1:1) и вода. Т.к. в дальнейших превращениях не происходит выделения ни азота ни аммиака, то на этой стадии происходит полное удаление азотсодержащих продуктов:

n Cr2O5*NH3Image2256.gif (862 bytes) m C + NH3 +N2 + k H2O,

откуда n будет кратно 3 (1 + 2 — индексы при азотсодержащих продуктах), тогда масса газообразных продуктов равна 3(201 ?0,1360) = 82; масса воды 82 - 17 -28 = 37; k = 37:18 = 2,06.

3 Cr2O5*NH3Image2256.gif (862 bytes) m C + N2 + NH3 + 2 H2O.

Отсюда состав m C — Cr6O13H2 или (CrO2)6? H2O, хотя нельзя однозначно сказать входит ли вода в состав продукта, или это гидроксо-группы.

3 Cr2O5 *NH3Image2256.gif (862 bytes) (CrO2)6 H2O + NH3 + N2 + 2 H2O.

Содержание кислорода в (CrO2)6 * H2O — 39,85%.

При дальнейшем нагревании происходит уменьшение массы на 3,26%, что соответствует удалению 522*0,0326 = 17 (г), т.е. полной дегидратации.

(CrO2)6* H2OImage2256.gif (862 bytes) 6 CrO2 + H2O

Содержание кислорода в CrO2 составляет 38,10%.

Дальнейшее нагревание приводит к разложению CrO2.

4 CrO2Image2256.gif (862 bytes) 2Cr2O3 + O2.

Суммируя все стадии разложения, получаем:

6 (NH4)2Cr2O7Image2256.gif (862 bytes) 6 Cr2O3 + 4 N2 + 4 NH3 + 18 H2O + 3O2.

Эти данные были опубликованы в работе: B.Mahieu, D.J.Apers, P.C.Capron "Thermal decomposition of ammonium dichromate"
J. Inorg. Nucl. Chem., 1971, v.33, p.2857 - 2866.