Номер 442, страница 67 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

442. *Массовая доля кислорода в оксиде, имеющем немолекулярное строение, равна $53,26 \%$. Установите эмпирическую формулу оксида. Какое тривиальное название он имеет?

Дано:

Массовая доля кислорода в оксиде $ \omega(O) = 53,26 \% $ или $0,5326$

Оксид имеет немолекулярное строение

Найти:

Эмпирическую формулу оксида - ?

Тривиальное название оксида - ?

Решение:

Установите эмпирическую формулу оксида

1. Обозначим общую формулу оксида как $Э_xO_y$, где Э – неизвестный химический элемент, а x и y – индексы, показывающие соотношение атомов в формуле.

2. Найдем массовую долю неизвестного элемента Э в оксиде:

$ \omega(Э) = 100\% - \omega(O) = 100\% - 53,26\% = 46,74\% $ или $0,4674$.

3. Соотношение индексов x и y в эмпирической формуле равно соотношению молей атомов элементов. Если взять 100 г оксида, то масса кислорода будет 53,26 г, а масса элемента Э – 46,74 г. Относительная атомная масса кислорода $Ar(O) \approx 16$ г/моль. Соотношение можно найти по формуле:

$ x : y = \frac{\omega(Э)}{Ar(Э)} : \frac{\omega(O)}{Ar(O)} = \frac{46,74}{Ar(Э)} : \frac{53,26}{16} $

$ x : y = \frac{46,74}{Ar(Э)} : 3,32875 $

4. Из этого соотношения можно выразим атомную массу элемента Э ($Ar(Э)$) через соотношение индексов $y/x$:

$ \frac{x}{y} = \frac{46,74 / Ar(Э)}{3,32875} \implies Ar(Э) = \frac{46,74}{3,32875} \cdot \frac{y}{x} \approx 14,04 \cdot \frac{y}{x} $

5. Согласно условию, оксид имеет немолекулярное строение. Это характерно для оксидов металлов (ионная кристаллическая решетка) и некоторых неметаллов, например, кремния (атомная кристаллическая решетка). Будем перебирать возможные соотношения $y/x$, которые определяются валентностью элемента Э, и вычислять соответствующую атомную массу.

• Если валентность Э равна I, формула оксида $Э_2O$. Тогда $x=2, y=1$, а соотношение $y/x = 1/2$. $Ar(Э) = 14,04 \cdot \frac{1}{2} = 7,02$. Этот элемент – литий (Li, $Ar=6,94$). Массовая доля кислорода в $Li_2O$ составляет $\frac{16}{2 \cdot 6,94 + 16} \cdot 100\% \approx 53,55\%$. Это значение близко, но не совпадает с данным в условии.
• Если валентность Э равна II, формула оксида $ЭO$. Тогда $x=1, y=1$, а соотношение $y/x = 1$. $Ar(Э) = 14,04 \cdot 1 = 14,04$. Этот элемент – азот (N, $Ar=14,01$). Однако оксиды азота имеют молекулярное строение.
• Если валентность Э равна III, формула оксида $Э_2O_3$. Тогда $x=2, y=3$, а соотношение $y/x = 3/2$. $Ar(Э) = 14,04 \cdot \frac{3}{2} = 21,06$. Элемента с такой атомной массой нет.
• Если валентность Э равна IV, формула оксида $ЭO_2$. Тогда $x=1, y=2$, а соотношение $y/x = 2$. $Ar(Э) = 14,04 \cdot 2 = 28,08$. Этот элемент – кремний (Si, $Ar \approx 28,085$). Оксид кремния(IV) $SiO_2$ имеет атомную кристаллическую решетку, то есть немолекулярное строение, что соответствует условию задачи.

6. Проведем проверку для оксида кремния(IV) $SiO_2$:

$ \omega(O) = \frac{2 \cdot Ar(O)}{Ar(Si) + 2 \cdot Ar(O)} \cdot 100\% = \frac{2 \cdot 16}{28,085 + 2 \cdot 16} \cdot 100\% = \frac{32}{60,085} \cdot 100\% \approx 53,26\% $

Расчетное значение полностью совпадает с данным в условии. Следовательно, искомый оксид — это оксид кремния(IV).

Ответ: Эмпирическая формула оксида $SiO_2$.

Какое тривиальное название он имеет?

Оксид кремния(IV), $SiO_2$, является одним из самых распространенных соединений в земной коре. У него есть несколько тривиальных названий. Наиболее общее и часто используемое в химии — кремнезём. Другие названия, такие как кварц, горный хрусталь, агат, относятся к его различным природным формам (минералам), а песок в основном состоит из мелких зерен кварца.

Ответ: Тривиальное название — кремнезём.