Номер 240, страница 42 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

240. *Число электронов в составе формульной единицы некоторого сульфата равно 70. Установите формулу этой соли.

Дано:

Соединение является сульфатом.

Общее число электронов в формульной единице $N_e = 70$.

Найти:

Формулу этой соли.

Решение:

Формульная единица сульфата состоит из катионной части и сульфат-аниона $SO_4^{2-}$. Чтобы установить формулу соли, сначала определим число электронов в сульфат-анионе.

Число электронов в нейтральном атоме элемента равно его порядковому номеру (Z) в Периодической системе.

• Для серы (S) Z = 16, следовательно, атом S содержит 16 электронов.
• Для кислорода (O) Z = 8, следовательно, атом O содержит 8 электронов.

Сульфат-ион $SO_4^{2-}$ состоит из одного атома серы, четырех атомов кислорода и имеет заряд 2-, что соответствует двум дополнительным электронам по сравнению с суммой электронов в составляющих его нейтральных атомах.

Число электронов в $SO_4^{2-}$: $N_e(SO_4^{2-}) = N_e(S) + 4 \cdot N_e(O) + 2 = 16 + 4 \cdot 8 + 2 = 16 + 32 + 2 = 50$ электронов.

Зная общее число электронов в формульной единице (70), мы можем найти число электронов, приходящееся на катионную часть соли:

$N_e(\text{катионная часть}) = N_e(\text{общ.}) - N_e(SO_4^{2-}) = 70 - 50 = 20$ электронов.

Для образования электронейтральной формульной единицы с анионом $SO_4^{2-}$, суммарный заряд катионной части должен быть +2. Рассмотрим возможные варианты.

Случай 1: Катионная часть состоит из двух однозарядных катионов $(M^{+})_2$.

В этом случае на каждый катион $M^{+}$ приходится $20 / 2 = 10$ электронов.

• Если $M^{+}$ — это простой ион металла, то соответствующий ему нейтральный атом M должен содержать $10 + 1 = 11$ электронов. Элемент с Z=11 — это натрий (Na). Следовательно, соль может быть сульфатом натрия, $Na_2SO_4$. Проверка: $N_e(Na_2SO_4) = 2 \cdot 11 + 16 + 4 \cdot 8 = 70$.
• Если $M^{+}$ — это сложный ион, например, катион аммония $NH_4^{+}$. Число электронов в нем: $N_e(N) + 4 \cdot N_e(H) - 1 = 7 + 4 \cdot 1 - 1 = 10$ электронов. Это соответствует нашему расчету. Следовательно, соль может быть сульфатом аммония, $(NH_4)_2SO_4$. Проверка: $N_e((NH_4)_2SO_4) = 2 \cdot 10 + 50 = 70$.

Случай 2: Катионная часть состоит из одного двухзарядного катиона $M^{2+}$.

В этом случае катион $M^{2+}$ содержит 20 электронов. Соответствующий ему нейтральный атом M должен содержать $20 + 2 = 22$ электрона. Элемент с Z=22 — это титан (Ti). Следовательно, соль может быть сульфатом титана(II), $TiSO_4$. Проверка: $N_e(TiSO_4) = 22 + 16 + 4 \cdot 8 = 70$.

Таким образом, условию задачи удовлетворяют три различных вещества. В ответе можно указать любую из найденных формул, так как дополнительных условий не предоставлено.

Ответ: Формула соли может быть $Na_2SO_4$, $(NH_4)_2SO_4$ или $TiSO_4$.