Номер 122, страница 26 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

122. По данным количественного химического анализа массовая доля химических элементов в исследованных веществах равна:

а) калия 26,58 %, хрома 35,35 %, кислорода 38,07 %;

б) кальция 28,03 %, хлора 49,59 %, кислорода 22,38 %;

в) меди 25,45 %, серы 12,84 %, кислорода 57,67 %, водорода 4,04 %;

г) азота 21,21 %, водорода 6,87 %, фосфора 23,46 %, кислорода 48,46 %.

Установите эмпирические формулы указанных веществ.

а)Дано:

Массовая доля калия $w(K) = 26,58 \%$

Массовая доля хрома $w(Cr) = 35,35 \%$

Массовая доля кислорода $w(O) = 38,07 \%$

Найти:

Эмпирическую формулу вещества.

Решение:

Для нахождения эмпирической формулы необходимо определить молярное соотношение элементов в веществе.

1. Примем массу образца вещества за 100 г. В этом случае масса каждого элемента будет численно равна его массовой доле:

$m(K) = 26,58 \text{ г}$

$m(Cr) = 35,35 \text{ г}$

$m(O) = 38,07 \text{ г}$

2. Вычислим количество вещества (число молей) для каждого элемента по формуле $n = \frac{m}{M}$. Используем молярные массы: $M(K) \approx 39,1 \text{ г/моль}$, $M(Cr) \approx 52,0 \text{ г/моль}$, $M(O) \approx 16,0 \text{ г/моль}$.

$n(K) = \frac{26,58 \text{ г}}{39,1 \text{ г/моль}} \approx 0,680 \text{ моль}$

$n(Cr) = \frac{35,35 \text{ г}}{52,0 \text{ г/моль}} \approx 0,680 \text{ моль}$

$n(O) = \frac{38,07 \text{ г}}{16,0 \text{ г/моль}} \approx 2,379 \text{ моль}$

3. Найдём соотношение количеств атомов, разделив количество молей каждого элемента на наименьшее из полученных значений (0,680 моль):

$K : Cr : O = n(K) : n(Cr) : n(O)$

$K : Cr : O = \frac{0,680}{0,680} : \frac{0,680}{0,680} : \frac{2,379}{0,680} \approx 1 : 1 : 3,5$

4. Индексы в химической формуле должны быть целыми числами. Для этого умножим все полученные коэффициенты на 2:

$K: 1 \times 2 = 2$

$Cr: 1 \times 2 = 2$

$O: 3,5 \times 2 = 7$

Простейшее целочисленное соотношение атомов K:Cr:O равно 2:2:7. Следовательно, эмпирическая формула вещества – $K_2Cr_2O_7$.

Ответ: $K_2Cr_2O_7$.

б)Дано:

Массовая доля кальция $w(Ca) = 28,03 \%$

Массовая доля хлора $w(Cl) = 49,59 \%$

Массовая доля кислорода $w(O) = 22,38 \%$

Найти:

Эмпирическую формулу вещества.

Решение:

1. Примем массу образца за 100 г. Тогда массы элементов:

$m(Ca) = 28,03 \text{ г}$

$m(Cl) = 49,59 \text{ г}$

$m(O) = 22,38 \text{ г}$

2. Рассчитаем количество вещества (моль), используя молярные массы: $M(Ca) \approx 40,08 \text{ г/моль}$, $M(Cl) \approx 35,45 \text{ г/моль}$, $M(O) \approx 16,00 \text{ г/моль}$.

$n(Ca) = \frac{28,03 \text{ г}}{40,08 \text{ г/моль}} \approx 0,699 \text{ моль}$

$n(Cl) = \frac{49,59 \text{ г}}{35,45 \text{ г/моль}} \approx 1,400 \text{ моль}$

$n(O) = \frac{22,38 \text{ г}}{16,00 \text{ г/моль}} \approx 1,399 \text{ моль}$

3. Найдём соотношение атомов, разделив количество молей на наименьшее значение (0,699 моль):

$Ca : Cl : O = n(Ca) : n(Cl) : n(O)$

$Ca : Cl : O = \frac{0,699}{0,699} : \frac{1,400}{0,699} : \frac{1,399}{0,699} \approx 1 : 2 : 2$

4. Полученные индексы являются целыми числами. Соотношение Ca:Cl:O равно 1:2:2. Эмпирическая формула вещества – $CaCl_2O_2$.

Ответ: $CaCl_2O_2$.

в)Дано:

Массовая доля меди $w(Cu) = 25,45 \%$

Массовая доля серы $w(S) = 12,84 \%$

Массовая доля кислорода $w(O) = 57,67 \%$

Массовая доля водорода $w(H) = 4,04 \%$

Найти:

Эмпирическую формулу вещества.

Решение:

1. Примем массу образца за 100 г. Тогда массы элементов:

$m(Cu) = 25,45 \text{ г}$

$m(S) = 12,84 \text{ г}$

$m(O) = 57,67 \text{ г}$

$m(H) = 4,04 \text{ г}$

2. Рассчитаем количество вещества (моль), используя молярные массы: $M(Cu) \approx 63,55 \text{ г/моль}$, $M(S) \approx 32,07 \text{ г/моль}$, $M(O) \approx 16,00 \text{ г/моль}$, $M(H) \approx 1,008 \text{ г/моль}$.

$n(Cu) = \frac{25,45 \text{ г}}{63,55 \text{ г/моль}} \approx 0,400 \text{ моль}$

$n(S) = \frac{12,84 \text{ г}}{32,07 \text{ г/моль}} \approx 0,400 \text{ моль}$

$n(O) = \frac{57,67 \text{ г}}{16,00 \text{ г/моль}} \approx 3,604 \text{ моль}$

$n(H) = \frac{4,04 \text{ г}}{1,008 \text{ г/моль}} \approx 4,008 \text{ моль}$

3. Найдём соотношение атомов, разделив количество молей на наименьшее значение (0,400 моль):

$Cu : S : O : H = n(Cu) : n(S) : n(O) : n(H)$

$Cu : S : O : H = \frac{0,400}{0,400} : \frac{0,400}{0,400} : \frac{3,604}{0,400} : \frac{4,008}{0,400} \approx 1 : 1 : 9 : 10$

4. Полученные индексы являются целыми числами. Соотношение Cu:S:O:H равно 1:1:9:10. Эмпирическая формула вещества, записанная в стандартном порядке (металл, затем неметаллы по алфавиту) – $CuH_{10}O_9S$. (Данная формула соответствует кристаллогидрату сульфата меди(II) $CuSO_4 \cdot 5H_2O$).

Ответ: $CuH_{10}O_9S$.

г)Дано:

Массовая доля азота $w(N) = 21,21 \%$

Массовая доля водорода $w(H) = 6,87 \%$

Массовая доля фосфора $w(P) = 23,46 \%$

Массовая доля кислорода $w(O) = 48,46 \%$

Найти:

Эмпирическую формулу вещества.

Решение:

1. Примем массу образца за 100 г. Тогда массы элементов:

$m(N) = 21,21 \text{ г}$

$m(H) = 6,87 \text{ г}$

$m(P) = 23,46 \text{ г}$

$m(O) = 48,46 \text{ г}$

2. Рассчитаем количество вещества (моль), используя молярные массы: $M(N) \approx 14,01 \text{ г/моль}$, $M(H) \approx 1,008 \text{ г/моль}$, $M(P) \approx 30,97 \text{ г/моль}$, $M(O) \approx 16,00 \text{ г/моль}$.

$n(N) = \frac{21,21 \text{ г}}{14,01 \text{ г/моль}} \approx 1,514 \text{ моль}$

$n(H) = \frac{6,87 \text{ г}}{1,008 \text{ г/моль}} \approx 6,815 \text{ моль}$

$n(P) = \frac{23,46 \text{ г}}{30,97 \text{ г/моль}} \approx 0,758 \text{ моль}$

$n(O) = \frac{48,46 \text{ г}}{16,00 \text{ г/моль}} \approx 3,029 \text{ моль}$

3. Найдём соотношение атомов, разделив количество молей на наименьшее значение (0,758 моль):

$N : H : P : O = n(N) : n(H) : n(P) : n(O)$

$N : H : P : O = \frac{1,514}{0,758} : \frac{6,815}{0,758} : \frac{0,758}{0,758} : \frac{3,029}{0,758} \approx 2 : 9 : 1 : 4$

4. Полученные индексы являются целыми числами. Соотношение N:H:P:O равно 2:9:1:4. Эмпирическая формула вещества – $N_2H_9PO_4$. (Данная формула соответствует гидрофосфату аммония $(NH_4)_2HPO_4$).

Ответ: $N_2H_9PO_4$.