Номер 290, страница 48 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

290. Рассчитайте массовую долю:

а) кислорода в высшем оксиде фосфора;

б) азота в его водородном соединении;

в) кислорода в высшем гидроксиде хлора.

а) кислорода в высшем оксиде фосфора;

Дано:

Соединение: высший оксид фосфора.

Относительная атомная масса фосфора: $A_r(P) = 31$.

Относительная атомная масса кислорода: $A_r(O) = 16$.

Найти:

Массовую долю кислорода $\omega(O)$ - ?

Решение:

1. Определим химическую формулу высшего оксида фосфора. Фосфор (P) находится в 15-й группе (VА подгруппе) периодической таблицы химических элементов Д.И. Менделеева. Его высшая степень окисления равна +5. Степень окисления кислорода (O) в оксидах, как правило, равна -2. Для составления формулы найдем наименьшее общее кратное для степеней окисления: НОК(5, 2) = 10. Тогда индексы будут: для фосфора 10/5 = 2, для кислорода 10/2 = 5. Следовательно, формула высшего оксида фосфора — $P_2O_5$.

2. Рассчитаем относительную молекулярную массу $M_r$ оксида фосфора(V):

$M_r(P_2O_5) = 2 \cdot A_r(P) + 5 \cdot A_r(O) = 2 \cdot 31 + 5 \cdot 16 = 62 + 80 = 142$.

3. Массовая доля элемента в соединении вычисляется по формуле:

$\omega(Э) = \frac{n \cdot A_r(Э)}{M_r(\text{соединения})}$

где $n$ — количество атомов элемента в формуле, $A_r(Э)$ — относительная атомная масса элемента, $M_r(\text{соединения})$ — относительная молекулярная масса соединения.

В одной формульной единице $P_2O_5$ содержится 5 атомов кислорода. Рассчитаем массовую долю кислорода:

$\omega(O) = \frac{5 \cdot A_r(O)}{M_r(P_2O_5)} = \frac{5 \cdot 16}{142} = \frac{80}{142} \approx 0.5634$.

Чтобы выразить массовую долю в процентах, умножим полученное значение на 100%:

$0.5634 \cdot 100\% = 56.34\%$.

Ответ: массовая доля кислорода в высшем оксиде фосфора ($P_2O_5$) составляет 56.34%.

б) азота в его водородном соединении;

Дано:

Соединение: водородное соединение азота.

Относительная атомная масса азота: $A_r(N) = 14$.

Относительная атомная масса водорода: $A_r(H) = 1$.

Найти:

Массовую долю азота $\omega(N)$ - ?

Решение:

1. Определим химическую формулу водородного соединения азота. Азот (N) — элемент 15-й группы (VА подгруппы). В летучих водородных соединениях неметаллы обычно проявляют свою низшую степень окисления, которую можно рассчитать по формуле: (номер группы) - 8. Для азота это 5 - 8 = -3. Степень окисления водорода (H) в соединениях с неметаллами равна +1. Следовательно, формула водородного соединения азота (аммиака) — $NH_3$.

2. Рассчитаем относительную молекулярную массу $M_r$ аммиака:

$M_r(NH_3) = 1 \cdot A_r(N) + 3 \cdot A_r(H) = 1 \cdot 14 + 3 \cdot 1 = 14 + 3 = 17$.

3. Рассчитаем массовую долю азота в $NH_3$. В одной молекуле $NH_3$ содержится 1 атом азота.

$\omega(N) = \frac{1 \cdot A_r(N)}{M_r(NH_3)} = \frac{1 \cdot 14}{17} = \frac{14}{17} \approx 0.8235$.

В процентах:

$0.8235 \cdot 100\% = 82.35\%$.

Ответ: массовая доля азота в его водородном соединении ($NH_3$) составляет 82.35%.

в) кислорода в высшем гидроксиде хлора.

Дано:

Соединение: высший гидроксид хлора.

Относительная атомная масса хлора: $A_r(Cl) = 35.5$.

Относительная атомная масса кислорода: $A_r(O) = 16$.

Относительная атомная масса водорода: $A_r(H) = 1$.

Найти:

Массовую долю кислорода $\omega(O)$ - ?

Решение:

1. Определим химическую формулу высшего гидроксида хлора. Хлор (Cl) находится в 17-й группе (VIIА подгруппе), его высшая степень окисления равна +7. Высшему оксиду элемента соответствует его высший гидроксид (кислородсодержащая кислота). Высший оксид хлора — $Cl_2O_7$. Ему соответствует хлорная кислота, формула которой — $HClO_4$. Проверим степень окисления хлора в $HClO_4$: у водорода +1, у кислорода -2. Пусть степень окисления хлора равна $x$. Тогда: $(+1) + x + 4 \cdot (-2) = 0 \Rightarrow 1 + x - 8 = 0 \Rightarrow x = +7$. Формула определена верно.

2. Рассчитаем относительную молекулярную массу $M_r$ хлорной кислоты:

$M_r(HClO_4) = 1 \cdot A_r(H) + 1 \cdot A_r(Cl) + 4 \cdot A_r(O) = 1 \cdot 1 + 1 \cdot 35.5 + 4 \cdot 16 = 1 + 35.5 + 64 = 100.5$.

3. Рассчитаем массовую долю кислорода в $HClO_4$. В одной молекуле $HClO_4$ содержится 4 атома кислорода.

$\omega(O) = \frac{4 \cdot A_r(O)}{M_r(HClO_4)} = \frac{4 \cdot 16}{100.5} = \frac{64}{100.5} \approx 0.6368$.

В процентах:

$0.6368 \cdot 100\% = 63.68\%$.

Ответ: массовая доля кислорода в высшем гидроксиде хлора ($HClO_4$) составляет 63.68%.