Номер 9, страница 31 - гдз по химии 11 класс учебник Мычко, Прохоревич

9. Определите химическую формулу вещества, в котором:

а) массовые доли железа и кислорода соответственно равны 72,4 % и 27,6 %;

б) соотношение масс кальция, азота и кислорода равно 10 : 7 : 24;

в) на 1,83 г оксида хлора приходится 0,71 г хлора;

г) массовые доли натрия, серы и кислорода равны 0,365, 0,254 и 0,381 соответственно.

а) Дано:

$\omega(Fe) = 72,4 \% = 0,724$

$\omega(O) = 27,6 \% = 0,276$

Найти:

Формулу вещества - $Fe_xO_y$

Решение:

Для нахождения простейшей формулы вещества найдем соотношение количеств вещества (в молях) элементов, входящих в его состав. Предположим, что масса вещества равна 100 г, тогда массы элементов будут равны:

$m(Fe) = 100 \text{ г} \cdot 0,724 = 72,4 \text{ г}$

$m(O) = 100 \text{ г} \cdot 0,276 = 27,6 \text{ г}$

Вычислим количество вещества каждого элемента, используя молярные массы: $M(Fe) \approx 56$ г/моль, $M(O) \approx 16$ г/моль.

$n(Fe) = \frac{m(Fe)}{M(Fe)} = \frac{72,4 \text{ г}}{56 \text{ г/моль}} \approx 1,293 \text{ моль}$

$n(O) = \frac{m(O)}{M(O)} = \frac{27,6 \text{ г}}{16 \text{ г/моль}} = 1,725 \text{ моль}$

Найдем соотношение индексов в формуле, которое равно соотношению количеств вещества:

$x : y = n(Fe) : n(O) = 1,293 : 1,725$

Для получения целочисленных значений разделим оба числа на наименьшее из них (1,293):

$x = \frac{1,293}{1,293} = 1$

$y = \frac{1,725}{1,293} \approx 1,333 \approx \frac{4}{3}$

Получаем соотношение $1 : \frac{4}{3}$. Чтобы получить целые числа, умножим оба значения на 3:

$x = 1 \cdot 3 = 3$

$y = \frac{4}{3} \cdot 3 = 4$

Таким образом, простейшая формула вещества - $Fe_3O_4$.

Ответ: $Fe_3O_4$ (Оксид железа(II,III) или железная окалина).

б) Дано:

$m(Ca) : m(N) : m(O) = 10 : 7 : 24$

Найти:

Формулу вещества - $Ca_xN_yO_z$

Решение:

Соотношение индексов в химической формуле соответствует соотношению количеств вещества (в молях) элементов. Вычислим это соотношение, разделив массовые доли на молярные массы соответствующих элементов: $M(Ca) \approx 40$ г/моль, $M(N) \approx 14$ г/моль, $M(O) \approx 16$ г/моль.

$x : y : z = n(Ca) : n(N) : n(O) = \frac{m(Ca)}{M(Ca)} : \frac{m(N)}{M(N)} : \frac{m(O)}{M(O)}$

$x : y : z = \frac{10}{40} : \frac{7}{14} : \frac{24}{16}$

$x : y : z = 0,25 : 0,5 : 1,5$

Чтобы найти простейшее целочисленное соотношение, разделим все значения на наименьшее из них (0,25):

$x = \frac{0,25}{0,25} = 1$

$y = \frac{0,5}{0,25} = 2$

$z = \frac{1,5}{0,25} = 6$

Таким образом, соотношение атомов в веществе Ca:N:O равно 1:2:6. Простейшая формула вещества - $CaN_2O_6$. Эту формулу можно записать в более привычном виде как нитрат кальция $Ca(NO_3)_2$.

Ответ: $Ca(NO_3)_2$ (Нитрат кальция).

в) Дано:

$m(\text{оксида хлора}) = 1,83 \text{ г}$

$m(Cl) = 0,71 \text{ г}$

Найти:

Формулу оксида хлора - $Cl_xO_y$

Решение:

Найдем массу кислорода в оксиде, вычтя массу хлора из общей массы оксида:

$m(O) = m(\text{оксида хлора}) - m(Cl) = 1,83 \text{ г} - 0,71 \text{ г} = 1,12 \text{ г}$

Теперь, зная массы хлора и кислорода, найдем количество вещества каждого элемента. Молярные массы: $M(Cl) \approx 35,5$ г/моль, $M(O) = 16$ г/моль.

$n(Cl) = \frac{m(Cl)}{M(Cl)} = \frac{0,71 \text{ г}}{35,5 \text{ г/моль}} = 0,02 \text{ моль}$

$n(O) = \frac{m(O)}{M(O)} = \frac{1,12 \text{ г}}{16 \text{ г/моль}} = 0,07 \text{ моль}$

Найдем соотношение индексов в формуле, которое равно соотношению количеств вещества:

$x : y = n(Cl) : n(O) = 0,02 : 0,07$

Разделим оба числа на наименьшее (0,02), чтобы получить простейшее соотношение:

$x = \frac{0,02}{0,02} = 1$

$y = \frac{0,07}{0,02} = 3,5$

Получаем соотношение 1 : 3,5. Чтобы получить целые числа, умножим оба значения на 2:

$x = 1 \cdot 2 = 2$

$y = 3,5 \cdot 2 = 7$

Таким образом, формула оксида хлора - $Cl_2O_7$.

Ответ: $Cl_2O_7$ (Оксид хлора(VII)).

г) Дано:

$\omega(Na) = 0,365$

$\omega(S) = 0,254$

$\omega(O) = 0,381$

Найти:

Формулу вещества - $Na_xS_yO_z$

Решение:

Для нахождения простейшей формулы вещества найдем соотношение количеств вещества элементов. Предположим, что масса вещества равна 100 г. Тогда массы элементов в образце будут:

$m(Na) = 100 \text{ г} \cdot 0,365 = 36,5 \text{ г}$

$m(S) = 100 \text{ г} \cdot 0,254 = 25,4 \text{ г}$

$m(O) = 100 \text{ г} \cdot 0,381 = 38,1 \text{ г}$

Вычислим количество вещества каждого элемента, используя их молярные массы: $M(Na) \approx 23$ г/моль, $M(S) \approx 32$ г/моль, $M(O) = 16$ г/моль.

$n(Na) = \frac{m(Na)}{M(Na)} = \frac{36,5 \text{ г}}{23 \text{ г/моль}} \approx 1,587 \text{ моль}$

$n(S) = \frac{m(S)}{M(S)} = \frac{25,4 \text{ г}}{32 \text{ г/моль}} \approx 0,794 \text{ моль}$

$n(O) = \frac{m(O)}{M(O)} = \frac{38,1 \text{ г}}{16 \text{ г/моль}} \approx 2,381 \text{ моль}$

Найдем соотношение индексов в формуле, разделив количество молей каждого элемента на наименьшее значение (0,794):

$x : y : z \approx 1,587 : 0,794 : 2,381$

$x = \frac{1,587}{0,794} \approx 2$

$y = \frac{0,794}{0,794} = 1$

$z = \frac{2,381}{0,794} \approx 3$

Соотношение атомов Na:S:O равно 2:1:3. Таким образом, простейшая формула вещества - $Na_2SO_3$.

Ответ: $Na_2SO_3$ (Сульфит натрия).