Номер 10, страница 64 - гдз по химии 11 класс учебник Мычко, Прохоревич

10. Массы двух водородных соединений равны. Сравните численно их объёмы при н. у., если известно, что оба соединения газообразны и образованы элементами с конфигурацией $[Ne]3s^23p^5$ и $[He]2s^22p^3$.

Для решения задачи сначала определим, о каких элементах и их водородных соединениях идет речь.

1. Элемент с электронной конфигурацией [Ne]3s²3p⁵:

Основная конфигурация соответствует неону (Ne), у которого 10 электронов. Общее число электронов у элемента: $10 + 2 + 5 = 17$. Элемент с порядковым номером 17 — это хлор (Cl). Хлор находится в VIIA группе, его типичное летучее водородное соединение имеет формулу HCl (хлороводород).

2. Элемент с электронной конфигурацией [He]2s²2p³:

Основная конфигурация соответствует гелию (He), у которого 2 электрона. Общее число электронов у элемента: $2 + 2 + 3 = 7$. Элемент с порядковым номером 7 — это азот (N). Азот находится в VA группе, его типичное летучее водородное соединение имеет формулу NH₃ (аммиак).

Оба соединения, HCl и NH₃, при нормальных условиях (н. у.) являются газами, что соответствует условию задачи.

Дано:

$m(\text{HCl}) = m(\text{NH}_3) = m$

Условия: нормальные (н. у.), молярный объем $V_m = 22.4$ л/моль.

Найти:

Сравнить объемы $V(\text{HCl})$ и $V(\text{NH}_3)$, т.е. найти их численное отношение.

Решение:

Объем газа при нормальных условиях можно найти по формуле, связывающей количество вещества ($\nu$) и молярный объем ($V_m$):

$V = \nu \cdot V_m$

В свою очередь, количество вещества ($\nu$) связано с массой ($m$) и молярной массой ($M$) соотношением:

$\nu = \frac{m}{M}$

Объединив формулы, получаем зависимость объема от массы и молярной массы:

$V = \frac{m}{M} \cdot V_m$

Из этой формулы видно, что при одинаковой массе ($m$) и одинаковых условиях (н. у., то есть $V_m$ константа) объем газа обратно пропорционален его молярной массе: $V \propto \frac{1}{M}$.

Рассчитаем молярные массы ($M$) для HCl и NH₃, используя округленные атомные массы: $Ar(\text{H}) = 1$, $Ar(\text{Cl}) = 35.5$, $Ar(\text{N}) = 14$.

$M(\text{HCl}) = 1 + 35.5 = 36.5$ г/моль.

$M(\text{NH}_3) = 14 + 3 \cdot 1 = 17$ г/моль.

Теперь запишем выражения для объемов каждого газа:

$V(\text{HCl}) = \frac{m}{M(\text{HCl})} \cdot V_m = \frac{m}{36.5} \cdot V_m$

$V(\text{NH}_3) = \frac{m}{M(\text{NH}_3)} \cdot V_m = \frac{m}{17} \cdot V_m$

Чтобы численно сравнить объемы, найдем их отношение. Разделим объем аммиака на объем хлороводорода:

$\frac{V(\text{NH}_3)}{V(\text{HCl})} = \frac{\frac{m}{17} \cdot V_m}{\frac{m}{36.5} \cdot V_m}$

Масса $m$ и молярный объем $V_m$ в числителе и знаменателе сокращаются:

$\frac{V(\text{NH}_3)}{V(\text{HCl})} = \frac{36.5}{17} \approx 2.15$

Таким образом, объем аммиака при одинаковой массе будет больше объема хлороводорода.

Ответ: При равных массах объем аммиака (NH₃) численно больше объема хлороводорода (HCl) примерно в 2.15 раза.