Номер 786, страница 138 - гдз по химии 8 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

786. Массовая доля кислорода в молекуле некоторой кислоты $\text{X}$ в 1,142 раза больше массовой доли азота, а массовая доля водорода равна 3,250 %.

а) Рассчитайте массовую долю азота в кислоте $\text{X}$.

б) Установите формулу кислоты $\text{X}$.

в) Предложите структурную формулу молекулы этой кислоты.

Кислота X содержит элементы H, N, O.

Соотношение массовых долей кислорода и азота: $ \frac{\omega(O)}{\omega(N)} = 1.142 $

Массовая доля водорода: $ \omega(H) = 3.250\% $

Перевод в безразмерные единицы:

$ \omega(H) = 0.03250 $

а) $ \omega(N) $ — ?

б) Формулу кислоты X — ?

в) Структурную формулу кислоты X — ?

а) Рассчитайте массовую долю азота в кислоте X.

Сумма массовых долей всех элементов в соединении равна 1 (или 100%). Для кислоты X, состоящей из водорода (H), азота (N) и кислорода (O), справедливо следующее уравнение:

$ \omega(H) + \omega(N) + \omega(O) = 1 $

Из условия задачи нам известны $ \omega(H) = 0.03250 $ и соотношение $ \omega(O) = 1.142 \cdot \omega(N) $. Подставим эти значения в уравнение:

$ 0.03250 + \omega(N) + 1.142 \cdot \omega(N) = 1 $

Сгруппируем слагаемые, содержащие $ \omega(N) $:

$ 0.03250 + \omega(N) \cdot (1 + 1.142) = 1 $

$ 0.03250 + 2.142 \cdot \omega(N) = 1 $

Выразим и вычислим $ \omega(N) $:

$ 2.142 \cdot \omega(N) = 1 - 0.03250 $

$ 2.142 \cdot \omega(N) = 0.9675 $

$ \omega(N) = \frac{0.9675}{2.142} \approx 0.45168 $

Таким образом, массовая доля азота в кислоте X составляет примерно 0,4517, или 45,17%.

Ответ: Массовая доля азота в кислоте X составляет 45,17%.

б) Установите формулу кислоты X.

Зная массовые доли водорода и азота, найдем массовую долю кислорода:

$ \omega(O) = 1 - \omega(H) - \omega(N) \approx 1 - 0.03250 - 0.45168 = 0.51582 $

Для определения простейшей формулы кислоты $ H_x N_y O_z $ найдем соотношение индексов x, y, z. Оно равно соотношению мольных долей элементов, которое можно вычислить, разделив массовые доли на соответствующие атомные массы ($ Ar(H) \approx 1.008 \, \text{г/моль} $, $ Ar(N) \approx 14.007 \, \text{г/моль} $, $ Ar(O) \approx 15.999 \, \text{г/моль} $):

$ x : y : z = \frac{\omega(H)}{Ar(H)} : \frac{\omega(N)}{Ar(N)} : \frac{\omega(O)}{Ar(O)} $

$ x : y : z = \frac{0.03250}{1.008} : \frac{0.45168}{14.007} : \frac{0.51582}{15.999} $

$ x : y : z \approx 0.03224 : 0.03225 : 0.03224 $

Чтобы найти целочисленное соотношение, разделим все значения на наименьшее из них (0.03224):

$ x : y : z \approx \frac{0.03224}{0.03224} : \frac{0.03225}{0.03224} : \frac{0.03224}{0.03224} \approx 1 : 1 : 1 $

Следовательно, простейшая (эмпирическая) формула кислоты — $ HNO $.

Молекулярная формула вещества должна иметь вид $ (HNO)_n $, где n — целое число. При $ n=1 $ получается формула $ HNO $ (азанон, или нитроксил), которое является очень неустойчивым соединением. При $ n=2 $ формула — $ H_2N_2O_2 $ (азотноватистая кислота), известная, хотя и нестабильная, двухосновная кислота. Поскольку в условии речь идет о кислоте, наиболее вероятным вариантом является азотноватистая кислота.

Ответ: Формула кислоты X — $ H_2N_2O_2 $.

в) Предложите структурную формулу молекулы этой кислоты.

Молекула азотноватистой кислоты ($ H_2N_2O_2 $) имеет структуру, в которой два атома азота связаны между собой двойной связью, а к каждому атому азота присоединена гидроксильная группа (–OH). Соединение существует в виде двух пространственных изомеров (цис- и транс-форм). Транс-изомер является более стабильным.

Структурная формула транс-азотноватистой кислоты записывается следующим образом: $ HO–N=N–OH $.

Ответ: Структурная формула кислоты — $ HO–N=N–OH $.