Номер 77, страница 21 - гдз по химии 9 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

77. Массовая доля водорода в его соединении с неизвестным химическим элементом составляет 17,65 %. Определите неизвестный химический элемент, если его степень окисления в этом веществе равна $-3$.

Дано:

Соединение водорода с неизвестным элементом Э.

Массовая доля водорода $ \omega(H) = 17,65 \% = 0,1765 $.

Степень окисления неизвестного элемента $ \text{С.О.}(\text{Э}) = -3 $.

Найти:

Неизвестный химический элемент Э.

Решение:

1. Определим общую формулу соединения. Обозначим неизвестный элемент как Э. В соединениях с неметаллами водород проявляет степень окисления +1. Так как молекула в целом электронейтральна, сумма степеней окисления всех атомов в ней должна быть равна нулю. Степень окисления элемента Э равна -3, а водорода +1. Чтобы уравнять суммарные заряды, на один атом элемента Э должно приходиться три атома водорода. Таким образом, простейшая формула соединения будет $ \text{ЭH}_3 $.

Проверка: $ 1 \cdot (-3) + 3 \cdot (+1) = -3 + 3 = 0 $. Формула составлена верно.

2. Массовая доля водорода в соединении $ \text{ЭH}_3 $ рассчитывается по формуле:

$ \omega(H) = \frac{n \cdot A_r(H)}{M_r(\text{ЭH}_3)} $

где $ n $ – число атомов водорода в молекуле (в нашем случае $ n=3 $), $ A_r(H) $ – относительная атомная масса водорода (примем $ A_r(H) \approx 1 $ а.е.м.), $ M_r(\text{ЭH}_3) $ – относительная молекулярная масса соединения.

3. Относительная молекулярная масса соединения $ M_r(\text{ЭH}_3) $ равна сумме относительных атомных масс составляющих его элементов:

$ M_r(\text{ЭH}_3) = A_r(\text{Э}) + 3 \cdot A_r(H) $

где $ A_r(\text{Э}) $ – искомая относительная атомная масса неизвестного элемента.

4. Подставим известные значения в формулу массовой доли и выразим $ A_r(\text{Э}) $:

$ 0,1765 = \frac{3 \cdot 1}{A_r(\text{Э}) + 3 \cdot 1} $

Преобразуем уравнение для нахождения $ A_r(\text{Э}) $:

$ A_r(\text{Э}) + 3 = \frac{3}{0,1765} $

$ A_r(\text{Э}) + 3 \approx 17 $

$ A_r(\text{Э}) \approx 17 - 3 $

$ A_r(\text{Э}) \approx 14 $

5. Находим в Периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева элемент с относительной атомной массой, близкой к 14. Этим элементом является Азот (N), его относительная атомная масса составляет 14,007 а.е.м. Азот является неметаллом и в соединениях с водородом (аммиак $ \text{NH}_3 $) проявляет характерную для него степень окисления -3.

Ответ: Неизвестный химический элемент – Азот (N).