Номер 806, страница 145 - гдз по химии 8 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

806. При контакте с воздухом бинарное газообразное при н. у. вещество А, содержащее 21,86 % водорода по массе, самовозгорается. При полном сгорании А в кислороде образуется два оксида, один из которых представляет собой твёрдое при н. у. белое вещество Б. Получить А можно пропуская газообразный (при н. у.) галогенид В (массовая доля галогена равна 84,06 %) над нагретой до 180 °С твёрдой бинарной солью Г (массовая доля натрия равна 95,80 %).

a) Установите формулы веществ А — Г. Приведите ваши расчёты.

б) Приведите названия веществ А — Г.

в) Приведите химические уравнения описанных в задаче превращений.

г) Предложите структурную формулу А. Дайте краткие пояснения.

Дано:
Вещество А: бинарное, газообразное (н.у.), $\omega(H) = 21,86\%$
Вещество Б: твёрдый оксид, продукт сгорания А
Вещество В: бинарный галогенид, газообразный (н.у.), $\omega(Hal) = 84,06\%$
Вещество Г: бинарная соль, твёрдая, $\omega(Na) = 95,80\%$
Температура синтеза А: $T = 180 ^\circ C$

Найти:
Формулы веществ А, Б, В, Г

Решение:

1.Определение вещества А (Э_xH_y)

Вещество А — бинарное соединение, содержащее водород. Массовая доля второго элемента (Э) составляет $100\% - 21,86\% = 78,14\%$. Найдём соотношение атомов в простейшей формуле:

$x : y = \frac{\omega(Э)}{A_r(Э)} : \frac{\omega(H)}{A_r(H)} = \frac{78,14}{M(Э)} : \frac{21,86}{1,008} = \frac{78,14}{M(Э)} : 21,686$

Вещество А самовозгорается на воздухе. Это свойство характерно для гидридов бора, кремния, фосфора. Проверим эти варианты, подставляя атомную массу элемента Э.

Если Э — бор (B) с атомной массой $A_r(B) \approx 10,81$ г/моль:

$x : y = \frac{78,14}{10,81} : 21,686 \approx 7,228 : 21,686$

Разделив на наименьшее значение, получим соотношение $1 : 3$. Простейшая формула — BH₃. Наиболее известным и стабильным гидридом с такой эмпирической формулой является диборан B₂H₆. Проверим массовую долю водорода в B₂H₆:

$M(B_2H_6) = 2 \cdot 10,81 + 6 \cdot 1,008 = 27,668$ г/моль.

$\omega(H) = \frac{6 \cdot 1,008}{27,668} \cdot 100\% \approx 21,86\%$.

Это значение совпадает с данными задачи. Следовательно, вещество А — это B₂H₆.

2.Определение вещества Б (B)

При сгорании вещества А (B₂H₆) образуется два оксида: оксид бора и оксид водорода (вода). По условию, вещество Б — это твёрдое белое вещество. Оксид бора (B₂O₃) является твёрдым белым веществом при н.у., а вода — жидкостью. Следовательно, вещество Б — это B₂O₃.

3.Определение вещества В (V)

Вещество В — газообразный галогенид, из которого получают B₂H₆. Логично предположить, что это галогенид бора, BHal₃. Массовая доля галогена (Hal) в нём составляет 84,06%.

$\omega(Hal) = \frac{3 \cdot M(Hal)}{M(B) + 3 \cdot M(Hal)} = 0,8406$

$3 \cdot M(Hal) = 0,8406 \cdot (10,81 + 3 \cdot M(Hal))$

$3 \cdot M(Hal) = 9,088 + 2,5218 \cdot M(Hal)$

$0,4782 \cdot M(Hal) = 9,088$

$M(Hal) = \frac{9,088}{0,4782} \approx 19,00$ г/моль.

Атомную массу 19 г/моль имеет фтор (F). Следовательно, вещество В — это BF₃. Трифторид бора является газом при н.у.

4.Определение вещества Г (G)

Вещество Г — твёрдая бинарная соль, содержащая 95,80% натрия (Na). Для получения гидрида (B₂H₆) из фторида (BF₃) необходим восстановитель, содержащий водород, т.е. гидрид. Следовательно, Г — это гидрид натрия.

Найдём формулу. Массовая доля водорода: $100\% - 95,80\% = 4,20\%$.

Соотношение атомов Na и H:

$\frac{\omega(Na)}{M(Na)} : \frac{\omega(H)}{M(H)} = \frac{95,80}{22,99} : \frac{4,20}{1,008} \approx 4,167 : 4,167 \approx 1 : 1$.

Формула соли — NaH. Гидрид натрия — твёрдое ионное соединение. Следовательно, вещество Г — это NaH.

Ответ: А — B₂H₆, Б — B₂O₃, В — BF₃, Г — NaH.

А (B₂H₆) — диборан (или диборан(6)).

Б (B₂O₃) — оксид бора (или триоксид дибора).

В (BF₃) — трифторид бора (или фторид бора(III)).

Г (NaH) — гидрид натрия.

Ответ: А — диборан, Б — оксид бора, В — трифторид бора, Г — гидрид натрия.

1. Полное сгорание вещества А (диборана) в кислороде:

$B_2H_6(г) + 3O_2(г) \rightarrow B_2O_3(тв) + 3H_2O(ж)$

2. Получение вещества А (диборана) пропусканием В (трифторида бора) над нагретым Г (гидридом натрия):

$2BF_3(г) + 6NaH(тв) \xrightarrow{180 ^\circ C} B_2H_6(г) + 6NaF(тв)$

Ответ: $B_2H_6 + 3O_2 \rightarrow B_2O_3 + 3H_2O$; $2BF_3 + 6NaH \xrightarrow{180 ^\circ C} B_2H_6 + 6NaF$.

Структурная формула вещества А (диборана B₂H₆) имеет уникальное строение из-за дефицита электронов. Изобразить её на плоскости можно лишь условно, но ключевые особенности строения следующие:

Пояснения:

Молекула диборана B₂H₆ является электрон-дефицитной. В ней всего 12 валентных электронов (3 от каждого атома бора и 1 от каждого атома водорода), что недостаточно для образования 7 обычных ковалентных связей, как в молекуле этана.

В действительности структура диборана включает два типа атомов водорода:

• Четыре терминальных атома водорода (H_т). Каждый из них связан с одним атомом бора обычной двухцентровой двухэлектронной (2c-2e) ковалентной связью (B-H). Эти четыре атома H и два атома B лежат в одной плоскости.
• Два мостиковых атома водорода (H_м). Каждый из них образует мостик между двумя атомами бора, располагаясь над и под плоскостью остальных атомов. Связь в каждом мостике B-H-B является трехцентровой двухэлектронной (3c-2e). Это означает, что одна пара электронов связывает сразу три центра (атомы B, H, B).

Такая структура с "банановыми связями" позволяет компенсировать дефицит электронов.

Ответ: Структура диборана B₂H₆ содержит два атома бора, соединенных двумя водородными мостиками. Каждый атом бора также связан с двумя терминальными атомами водорода. Связи в мостиках (B-H-B) — трехцентровые двухэлектронные, а терминальные связи (B-H) — двухцентровые двухэлектронные.