Готовимся к олимпиадам, страница 71 - гдз по химии 8 класс учебник Шиманович, Красицкий

Готовимся к олимпиадам

1. В молекуле известной вам кислородсодержащей кислоты содержатся 2 атома водорода, а его массовая доля составляет 3,23 %. Определите, о какой кислоте идет речь.

1.

Дано:

Кислота имеет общую формулу $H_2ЭO_n$
Число атомов водорода $N(H) = 2$
Массовая доля водорода $w(H) = 3,23 \% = 0,0323$

Найти:

Формулу кислоты.

Решение:

Массовая доля элемента в соединении определяется по формуле:

$w(элемент) = \frac{N \cdot Ar(элемент)}{Mr(соединение)}$

где $N$ - число атомов элемента в молекуле, $Ar$ - относительная атомная масса элемента, $Mr$ - относительная молекулярная масса соединения.

Из этой формулы мы можем выразить относительную молекулярную массу кислоты ($Mr(кислоты)$):

$Mr(кислоты) = \frac{N(H) \cdot Ar(H)}{w(H)}$

Подставим известные значения, приняв относительную атомную массу водорода $Ar(H) = 1$ а.е.м.:

$Mr(кислоты) = \frac{2 \cdot 1}{0,0323} \approx 61,92$ а.е.м.

Округлим полученное значение до целого числа: $Mr(кислоты) \approx 62$ а.е.м.

Относительная молекулярная масса кислоты складывается из масс всех атомов, входящих в ее состав:

$Mr(кислоты) = 2 \cdot Ar(H) + Ar(Э) + n \cdot Ar(O)$

где $Ar(Э)$ – относительная атомная масса кислотообразующего элемента, а $n$ – число атомов кислорода.

Найдем суммарную массу кислотного остатка $ЭO_n$:

$Mr(ЭO_n) = Mr(кислоты) - 2 \cdot Ar(H) = 62 - 2 \cdot 1 = 60$ а.е.м.

Таким образом, $Ar(Э) + n \cdot Ar(O) = 60$.

Приняв относительную атомную массу кислорода $Ar(O) = 16$ а.е.м., получим уравнение:

$Ar(Э) + 16n = 60$

Теперь подберем целое число атомов кислорода $n$ (обычно 1, 2, 3 или 4 для известных кислот) и вычислим соответствующую атомную массу элемента $Э$.

• Если $n = 1$, то $Ar(Э) = 60 - 16 \cdot 1 = 44$. Нет элемента с такой атомной массой.
• Если $n = 2$, то $Ar(Э) = 60 - 16 \cdot 2 = 60 - 32 = 28$. Элемент с такой атомной массой – кремний (Si). Однако кислота $H_2SiO_2$ (кременистая кислота) малоизвестна, а более распространенная кремниевая кислота $H_2SiO_3$ имеет молекулярную массу $2+28+3 \cdot 16 = 78$, что не соответствует нашему расчету.
• Если $n = 3$, то $Ar(Э) = 60 - 16 \cdot 3 = 60 - 48 = 12$. Элемент с атомной массой 12 – это углерод (C).

Таким образом, формула кислоты – $H_2CO_3$. Это угольная кислота, которая является известной кислородсодержащей кислотой.

Проверим расчет. Молекулярная масса угольной кислоты $Mr(H_2CO_3) = 2 \cdot 1 + 12 + 3 \cdot 16 = 62$ а.е.м.

Массовая доля водорода в ней: $w(H) = \frac{2 \cdot 1}{62} \cdot 100\% \approx 3,226\%$, что с округлением соответствует 3,23%.

Ответ: Речь идет об угольной кислоте ($H_2CO_3$).