Номер 488, страница 88 - гдз по химии 8 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

488. Высший оксид одного из химических элементов широко применяется в производстве стекла, керамики, бетонных изделий, как наполнитель в производстве резины и др. Его кристаллы используются в радиотехнике и в зажигалках. Он является основным компонентом многочисленных горных пород. Известно, что он нерастворим в воде и является кислотным оксидом. Часто встречается на побережьях рек и морей. Массовая доля кислорода в его составе равна 53,28 %. Установите формулу оксида неизвестного химического элемента.

Для решения задачи сперва проанализируем качественное описание вещества, а затем подтвердим выводы с помощью расчетов на основе массовой доли кислорода.

Описание вещества:

• Применение в производстве стекла, керамики, бетона, как наполнитель для резины указывает на оксид кремния(IV), $SiO₂$ (кремнезём), который является основным компонентом песка.
• Использование кристаллов в радиотехнике и зажигалках указывает на кварц (кристаллическая форма $SiO₂$), который обладает пьезоэлектрическим эффектом.
• Основной компонент горных пород, нерастворимость в воде, кислотный характер оксида и нахождение на побережьях рек и морей (в виде песка) — всё это характерные свойства оксида кремния(IV).

Теперь проверим это предположение с помощью математического расчета.

Дано

Массовая доля кислорода в высшем оксиде элемента, $ω(O) = 53,28 \% = 0.5328$

Найти:

Формулу оксида.

Решение

Пусть неизвестный элемент обозначается как Э. Так как речь идет о высшем оксиде, степень окисления элемента Э будет равна номеру его группы в периодической системе (для элементов главных подгрупп). Обозначим эту высшую степень окисления как $n$.

Тогда общая формула оксида может быть записана как $Э_2O_n$. Соотношение числа атомов кислорода к числу атомов элемента в простейшей формуле будет $n:2$.

Массовая доля кислорода в оксиде $Э_xO_y$ вычисляется по формуле:

где $A_r(O) \approx 16$ — относительная атомная масса кислорода, а $A_r(Э)$ — относительная атомная масса неизвестного элемента.

Выразим из этой формулы $A_r(Э)$:

Соотношение индексов $\frac{y}{x}$ для высшего оксида элемента со степенью окисления $n$ равно $\frac{n}{2}$. Подставим это соотношение в формулу:

Теперь необходимо найти такое целое число $n$ (номер группы), при котором вычисленное значение $A_r(Э)$ будет соответствовать атомной массе реального химического элемента из этой группы.

• Если $n=1$ (I группа), то $A_r(Э) \approx 7.015$. Это литий (Li). Но оксид лития $Li₂O$ является основным.
• Если $n=2$ (II группа), то $A_r(Э) \approx 14.03$. Элемента с такой массой во II группе нет (ближайший Be, $A_r=9$).
• Если $n=3$ (III группа), то $A_r(Э) \approx 21.045$. Элемента с такой массой в III группе нет (B, $A_r=10.8$; Al, $A_r=27$).
• Если $n=4$ (IV группа), то $A_r(Э) \approx 7.015 \cdot 4 \approx 28.06$. Это значение практически совпадает с относительной атомной массой кремния (Si), $A_r(Si) \approx 28.086$. Кремний находится в IV группе, его высший оксид $SiO₂$ является кислотным и полностью соответствует описанию в задаче.

Таким образом, неизвестный элемент — это кремний (Si). Его высшая степень окисления равна +4, следовательно, формула высшего оксида — $SiO₂$.

Ответ:

Формула оксида - $SiO₂$.