Номер 55, страница 14 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

55. *Массовая доля водорода в составе летучего водородного соединения равна 12,5 %. Установите формулу этого соединения.

Дано:

Массовая доля водорода в летучем водородном соединении $\omega(H) = 12,5 \% = 0.125$

Найти:

Формулу соединения - $E_xH_y$?

Решение:

Летучее водородное соединение представляет собой соединение некого элемента (обозначим его как E) с водородом (H). Общая формула такого соединения $E_xH_y$.

Массовая доля водорода $\omega(H)$ в соединении равна 12,5%, или 0,125. Тогда массовая доля неизвестного элемента E составляет: $\omega(E) = 100\% - \omega(H) = 100\% - 12,5\% = 87,5\%$, или 0,875.

Соотношение числа атомов элементов в простейшей формуле можно найти через отношение их массовых долей, деленных на относительные атомные массы ($Ar$): $x : y = \frac{\omega(E)}{Ar(E)} : \frac{\omega(H)}{Ar(H)}$

Подставим известные значения, приняв относительную атомную массу водорода $Ar(H) \approx 1$ г/моль: $x : y = \frac{0.875}{Ar(E)} : \frac{0.125}{1}$

Из этой пропорции можно выразить отношение масс элементов в соединении: $\frac{x \cdot Ar(E)}{y \cdot Ar(H)} = \frac{\omega(E)}{\omega(H)} = \frac{87.5}{12.5} = 7$

Выразим относительную атомную массу элемента E: $Ar(E) = 7 \cdot \frac{y}{x} \cdot Ar(H) \approx 7 \cdot \frac{y}{x}$

Соотношение $n = \frac{y}{x}$ представляет собой число атомов водорода, приходящихся на один атом элемента E в простейшей формуле. Для летучих водородных соединений неметаллов это число (валентность по водороду) обычно является небольшим целым числом. Проверим наиболее вероятные значения $n$:

• Если $n = 1$ (простейшая формула $EH$), то $Ar(E) = 7 \cdot 1 = 7$ г/моль. Это литий (Li), который является металлом, а его гидрид LiH — ионное твердое вещество, а не летучее соединение.
• Если $n = 2$ (простейшая формула $EH_2$), то $Ar(E) = 7 \cdot 2 = 14$ г/моль. Это азот (N). Простейшая формула — $NH_2$. Стабильное молекулярное соединение, соответствующее этой формуле, — гидразин $N_2H_4$. Это один из возможных вариантов.
• Если $n = 3$ (простейшая формула $EH_3$), то $Ar(E) = 7 \cdot 3 = 21$ г/моль. Элемента с такой атомной массой нет.
• Если $n = 4$ (простейшая формула $EH_4$), то $Ar(E) = 7 \cdot 4 = 28$ г/моль. Это кремний (Si). Соединение $SiH_4$ (силан) является типичным летучим водородным соединением неметалла.

Наиболее подходящим кандидатом, который соответствует классическому определению летучего водородного соединения неметалла ($EH_n$, где $n$ — номер группы), является силан $SiH_4$.

Проведем проверку для силана, $SiH_4$: Относительная молекулярная масса $Mr(SiH_4) = Ar(Si) + 4 \cdot Ar(H) \approx 28 + 4 \cdot 1 = 32$. Массовая доля водорода в силане: $\omega(H) = \frac{4 \cdot Ar(H)}{Mr(SiH_4)} = \frac{4 \cdot 1}{32} = \frac{1}{8} = 0.125$

Полученное значение $0.125$ соответствует $12,5\%$, что совпадает с условием задачи.

Ответ: Формула этого соединения — $SiH_4$.