Номер 468, страница 90 - гдз по химии 9 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

468. Аденозинтрифосфат, или аденозинтрифосфорная кислота (сокращённо АТФ) — нуклеозидтрифосфат $C_{10}H_{16}N_5O_{13}P_3$, имеющий большое значение в обмене энергии и веществ в организмах. АТФ — универсальный источник энергии для всех биохимических процессов, протекающих в живых системах. Молекула АТФ взаимодействует с одной молекулой воды с образованием аденозиндифосфорной кислоты (АДФ) и молекулы ортофосфорной кислоты, при этом выделяется много энергии. Какой состав имеет молекула АДФ, и чему равна массовая доля фосфора в ней?

Дано:

Формула аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ): $C_{10}H_{16}N_5O_{13}P_3$

Реакция гидролиза: АТФ + $H_2O$ → АДФ + $H_3PO_4$ (ортофосфорная кислота)

Найти:

1. Состав молекулы аденозиндифосфорной кислоты (АДФ).

2. Массовую долю фосфора ($w(P)$) в АДФ.

Решение:

Какой состав имеет молекула АДФ

Процесс превращения АТФ в АДФ является реакцией гидролиза, при которой одна молекула АТФ взаимодействует с одной молекулой воды с образованием одной молекулы АДФ и одной молекулы ортофосфорной кислоты. Запишем уравнение реакции с использованием химических формул:

$C_{10}H_{16}N_5O_{13}P_3 + H_2O \rightarrow \text{АДФ} + H_3PO_4$

Для определения химической формулы АДФ воспользуемся законом сохранения массы. Количество атомов каждого химического элемента в левой и правой частях уравнения должно быть одинаковым.

Подсчитаем суммарное количество атомов в левой части уравнения (в молекулах АТФ и воды):

• Углерод (C): 10
• Водород (H): $16 + 2 = 18$
• Азот (N): 5
• Кислород (O): $13 + 1 = 14$
• Фосфор (P): 3

Теперь вычтем из полученных значений количество атомов, входящих в состав молекулы ортофосфорной кислоты ($H_3PO_4$):

• Водород (H): 3
• Фосфор (P): 1
• Кислород (O): 4

В результате получаем состав молекулы АДФ:

• C: $10 - 0 = 10$
• H: $18 - 3 = 15$
• N: $5 - 0 = 5$
• O: $14 - 4 = 10$
• P: $3 - 1 = 2$

Следовательно, химическая формула аденозиндифосфорной кислоты (АДФ) – $C_{10}H_{15}N_5O_{10}P_2$.

Ответ: Состав молекулы АДФ выражается химической формулой $C_{10}H_{15}N_5O_{10}P_2$.

и чему равна массовая доля фосфора в ней

Массовая доля элемента в химическом соединении вычисляется по формуле:

$w(Э) = \frac{n \cdot Ar(Э)}{Mr(\text{соединения})} \cdot 100\%$

где $n$ – число атомов данного элемента в молекуле, $Ar(Э)$ – относительная атомная масса элемента, а $Mr(\text{соединения})$ – относительная молекулярная масса всего соединения.

1. Рассчитаем относительную молекулярную массу АДФ ($C_{10}H_{15}N_5O_{10}P_2$), используя значения относительных атомных масс (округленных до целых):

$Ar(C) = 12$; $Ar(H) = 1$; $Ar(N) = 14$; $Ar(O) = 16$; $Ar(P) = 31$.

$Mr(C_{10}H_{15}N_5O_{10}P_2) = 10 \cdot 12 + 15 \cdot 1 + 5 \cdot 14 + 10 \cdot 16 + 2 \cdot 31 = 120 + 15 + 70 + 160 + 62 = 427$

2. В одной молекуле АДФ содержится 2 атома фосфора ($n=2$).

3. Подставим значения в формулу для расчета массовой доли фосфора ($w(P)$):

$w(P) = \frac{2 \cdot Ar(P)}{Mr(АДФ)} = \frac{2 \cdot 31}{427} = \frac{62}{427} \approx 0.1452$

Чтобы выразить массовую долю в процентах, умножим полученное значение на 100%:

$0.1452 \cdot 100\% = 14.52\%$

Ответ: Массовая доля фосфора в молекуле АДФ составляет приблизительно $14.52\%$.