Номер 317, страница 50 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

317. *Первый и последний из $d$-металлов четвёртого периода в соединениях проявляют только постоянную валентность. Рассчитайте массовую долю кислорода в соединении, которое образуется при сплавлении их оксидов.

Дано:

Первый d-металл четвёртого периода с постоянной валентностью.

Последний d-металл четвёртого периода с постоянной валентностью.

Найти:

$w(O)$ — массовую долю кислорода в соединении, образующемся при сплавлении оксидов этих металлов.

Решение:

1. Определим, о каких металлах идёт речь. d-металлы четвёртого периода — это элементы с порядковыми номерами от 21 до 30, то есть от скандия (Sc) до цинка (Zn).

Первым d-металлом в четвёртом периоде является скандий (Sc). В своих соединениях он проявляет единственную, постоянную степень окисления +3, что соответствует валентности III.

Последним d-металлом в этом периоде является цинк (Zn). Он также характеризуется постоянной степенью окисления +2 (валентность II) в подавляющем большинстве своих соединений.

Таким образом, задача касается скандия и цинка.

2. Составим формулы их высших (и единственных) оксидов.

Для скандия с валентностью III формула оксида — $Sc_2O_3$.

Для цинка с валентностью II формула оксида — $ZnO$.

3. Определим продукт, который образуется при сплавлении этих оксидов. Оксид скандия ($Sc_2O_3$) обладает основными свойствами, в то время как оксид цинка ($ZnO$) является амфотерным. При взаимодействии (сплавлении) основного и амфотерного оксидов образуется соль — смешанный оксид. В данном случае продуктом реакции будет скандат цинка, имеющий химическую формулу $ZnSc_2O_4$.

Уравнение реакции выглядит следующим образом:

$ZnO + Sc_2O_3 \xrightarrow{t} ZnSc_2O_4$

4. Рассчитаем массовую долю кислорода в полученном соединении $ZnSc_2O_4$.

Массовая доля элемента ($w$) в соединении вычисляется по формуле:

$w(Э) = \frac{n \cdot Ar(Э)}{Mr(соед.)} \cdot 100\%$

где $n$ — количество атомов элемента в формульной единице, $Ar(Э)$ — относительная атомная масса элемента, а $Mr(соед.)$ — относительная молекулярная масса соединения.

Для расчётов используем округлённые значения относительных атомных масс:

$Ar(Zn) = 65$

$Ar(Sc) = 45$

$Ar(O) = 16$

Сначала вычислим относительную молекулярную массу скандата цинка ($ZnSc_2O_4$):

$Mr(ZnSc_2O_4) = Ar(Zn) + 2 \cdot Ar(Sc) + 4 \cdot Ar(O) = 65 + 2 \cdot 45 + 4 \cdot 16 = 65 + 90 + 64 = 219$

Теперь можем рассчитать массовую долю кислорода в этом соединении:

$w(O) = \frac{4 \cdot Ar(O)}{Mr(ZnSc_2O_4)} = \frac{4 \cdot 16}{219} = \frac{64}{219} \approx 0.2922$

Для выражения в процентах умножим полученное значение на 100%:

$w(O) = 0.2922 \cdot 100\% = 29.22\%$

Ответ: массовая доля кислорода в соединении, которое образуется при сплавлении оксидов скандия и цинка, составляет 29.22%.