Номер 49, страница 13 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

49. Массовые доли азота, водорода, серы и кислорода в составе соли соответственно равны 12,17; 4,38; 27,86; 55,59 %. Установите формулу соли.

Дано:

$\omega(N) = 12,17~\%$

$\omega(H) = 4,38~\%$

$\omega(S) = 27,86~\%$

$\omega(O) = 55,59~\%$

Найти:

Формулу соли - ?

Решение:

Для установления формулы вещества найдем соотношение количества атомов элементов в его составе. Для этого предположим, что у нас есть 100 г этой соли. Тогда массы элементов будут численно равны их массовым долям в процентах:

$m(N) = 12,17 \text{ г}$

$m(H) = 4,38 \text{ г}$

$m(S) = 27,86 \text{ г}$

$m(O) = 55,59 \text{ г}$

Вычислим количество вещества (в молях) для каждого элемента, разделив его массу на молярную массу. Используем округленные значения молярных масс: $M(N) \approx 14$ г/моль, $M(H) \approx 1$ г/моль, $M(S) \approx 32$ г/моль, $M(O) \approx 16$ г/моль.

$\nu(N) = \frac{m(N)}{M(N)} = \frac{12,17 \text{ г}}{14 \text{ г/моль}} \approx 0,869 \text{ моль}$

$\nu(H) = \frac{m(H)}{M(H)} = \frac{4,38 \text{ г}}{1 \text{ г/моль}} = 4,38 \text{ моль}$

$\nu(S) = \frac{m(S)}{M(S)} = \frac{27,86 \text{ г}}{32 \text{ г/моль}} \approx 0,871 \text{ моль}$

$\nu(O) = \frac{m(O)}{M(O)} = \frac{55,59 \text{ г}}{16 \text{ г/моль}} \approx 3,474 \text{ моль}$

Найдем соотношение молей элементов, разделив все значения на наименьшее из них (в данном случае $\approx 0,869$). Пусть искомая формула соли $N_xH_yS_zO_k$.

$x : y : z : k = \nu(N) : \nu(H) : \nu(S) : \nu(O)$

$x = \frac{0,869}{0,869} = 1$

$y = \frac{4,38}{0,869} \approx 5,04 \approx 5$

$z = \frac{0,871}{0,869} \approx 1,002 \approx 1$

$k = \frac{3,474}{0,869} \approx 4,00 \approx 4$

Таким образом, мы получили простейшую (эмпирическую) формулу вещества: $NH_5SO_4$.

По условию, вещество является солью, значит, в его структуре должен быть катион и анион. Исходя из набора атомов, можно предположить, что соль образована катионом аммония $NH_4^+$ и гидросульфат-анионом $HSO_4^-$. Такое соединение является кислой солью – гидросульфатом аммония.

Суммируя атомы в катионе и анионе, получаем: $N: 1$, $H: 4+1=5$, $S: 1$, $O: 4$. Это полностью совпадает с найденной эмпирической формулой. Следовательно, искомая формула соли – $(NH_4)HSO_4$.

Ответ: $(NH_4)HSO_4$.