Номер 7, страница 207 - гдз по химии 11 класс учебник Мычко, Прохоревич

7. Определите химическую формулу соединения, в котором массовые доли азота, водорода, серы и кислорода соответственно равны 12,17 %, 4,35 %, 27,83 %, 55,65 %.

Дано:

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

Массовая доля водорода $\omega(H) = 4,35~\%$

Массовая доля серы $\omega(S) = 27,83~\%$

Массовая доля кислорода $\omega(O) = 55,65~\%$

Найти:

Химическую формулу соединения.

Решение:

Чтобы определить химическую формулу соединения, необходимо найти соотношение числа атомов каждого элемента в его молекуле. Это соотношение равно соотношению количеств вещества (в молях) этих элементов.

1. Примем массу образца соединения за 100 г. Тогда массы элементов в образце будут численно равны их массовым долям в процентах:

$m(N) = 12,17$ г

$m(H) = 4,35$ г

$m(S) = 27,83$ г

$m(O) = 55,65$ г

2. Вычислим количество вещества (n) для каждого элемента по формуле $n = \frac{m}{M}$, где M – молярная масса элемента. Будем использовать 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.

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

$n(H) = \frac{4,35 \text{ г}}{1 \text{ г/моль}} = 4,35 \text{ моль}$

$n(S) = \frac{27,83 \text{ г}}{32 \text{ г/моль}} \approx 0,870 \text{ моль}$

$n(O) = \frac{55,65 \text{ г}}{16 \text{ г/моль}} \approx 3,478 \text{ моль}$

3. Найдем соотношение количеств веществ элементов. Пусть формула соединения $N_xH_yS_zO_k$. Тогда соотношение индексов $x:y:z:k$ равно соотношению количеств вещества:

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

$x : y : z : k = 0,869 : 4,35 : 0,870 : 3,478$

4. Для получения простейших целочисленных соотношений разделим все значения на наименьшее из них (в данном случае $\approx 0,869$):

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

$y = \frac{4,35}{0,869} \approx 5,005 \approx 5$

$z = \frac{0,870}{0,869} \approx 1,001 \approx 1$

$k = \frac{3,478}{0,869} \approx 4,002 \approx 4$

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

Данная формула соответствует кислой соли, гидросульфату аммония, структурная формула которого содержит катион аммония ($NH_4^+$) и гидросульфат-анион ($HSO_4^-$). Поэтому химически корректная запись формулы этого соединения — $NH_4HSO_4$.

Ответ: $NH_4HSO_4$ (гидросульфат аммония).