Номер 362, страница 56 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

362. *Масса сложного аниона равна $1,595 \cdot 10^{-22}$ г. Число электронов в его составе равно 50. Установите анион. Какие химические связи присутствуют в его составе?

Дано:

Масса сложного аниона, $m = 1,595 \cdot 10^{-22}$ г

Число электронов в анионе, $N_e = 50$

Найти:

Формулу аниона - ?

Типы химических связей в анионе - ?

Решение:

Установите анион.

1. Найдем молярную массу аниона ($M$). Молярная масса численно равна массе одного моля вещества. Один моль содержит число частиц, равное постоянной Авогадро $N_A = 6,022 \cdot 10^{23}$ моль$^{-1}$.

$M = m \cdot N_A$

$M = (1,595 \cdot 10^{-22} \text{ г}) \cdot (6,022 \cdot 10^{23} \text{ моль}^{-1}) \approx 96,05$ г/моль.

2. Определим состав аниона. Предположим, что это сложный оксоанион, состоящий из центрального атома X и $n$ атомов кислорода, с зарядом $z-$. Формула аниона будет $XO_n^{z-}$.

3. Составим два уравнения:

а) Уравнение для молярной массы:

$M_r(X) + n \cdot M_r(O) \approx 96$. Так как относительная атомная масса кислорода $M_r(O) \approx 16$, то $M_r(X) + 16n \approx 96$.

б) Уравнение для числа электронов. Общее число электронов в анионе равно сумме электронов всех атомов, входящих в его состав, плюс величина заряда аниона ($z$).

$Z(X) + n \cdot Z(O) + z = 50$. Так как порядковый номер кислорода $Z(O)=8$, то $Z(X) + 8n + z = 50$.

4. Решим систему уравнений методом подбора, перебирая возможные значения $n$ (чаще всего 3 или 4).

Пусть $n=4$:

Из уравнения молярной массы найдем относительную атомную массу элемента X:

$M_r(X) + 16 \cdot 4 \approx 96 \implies M_r(X) \approx 96 - 64 = 32$.

Элемент с такой относительной атомной массой — сера (S), $M_r(S) = 32,06$. Порядковый номер серы $Z(S)=16$.

Подставим найденные значения в уравнение для числа электронов, чтобы найти заряд $z$:

$16 + 8 \cdot 4 + z = 50$

$16 + 32 + z = 50$

$48 + z = 50$

$z = 2$.

Таким образом, мы получили анион с формулой $SO_4^{2-}$. Это сульфат-ион.

Проверим точность вычислений молярной массы для сульфат-иона:

$M(SO_4^{2-}) = M(S) + 4 \cdot M(O) = 32,06 + 4 \cdot 16,00 = 96,06$ г/моль.

Это значение практически совпадает с рассчитанным из условия задачи (96,05 г/моль), что подтверждает правильность нашего предположения.

Ответ: Искомый анион — сульфат-ион, $SO_4^{2-}$.

Какие химические связи присутствуют в его составе?

Сульфат-ион $SO_4^{2-}$ состоит из одного атома серы (S) и четырех атомов кислорода (O). Сера и кислород — это неметаллы. Связь между атомами неметаллов является ковалентной. Электроотрицательность кислорода (3,44 по Полингу) значительно выше электроотрицательности серы (2,58 по Полингу). Из-за разницы в электроотрицательности общие электронные пары смещаются в сторону более электроотрицательного атома, то есть кислорода. Следовательно, химические связи S–O в сульфат-ионе являются ковалентными полярными.

Ответ: В составе сульфат-иона присутствуют ковалентные полярные связи.