Номер 875, страница 157 - гдз по химии 9 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

875. Химический элемент X образует твёрдое при н. у. простое вещество А. Навеску А массой 400,0 мг обработали избытком концентрированной азотной кислоты при нагревании. При этом выделился бурый газ. Избыток азотной кислоты удалили при нагревании. В результате упаривания раствора было получено белое кристаллическое вещество Б массой 554,5 мг. По данным анализа массовая доля кислорода в нем составляет 27,29 %.

а) Установите формулы веществ А и Б и приведите их названия. Кратко поясните рассуждения и расчёты.

б) Приведите уравнение реакции, протекающей в описанном эксперименте.

в) Один из оксидов X реагирует с угарным газом. Приведите уравнение этой реакции. Укажите, для чего она применяется и почему.

Дано:

$m(A) = 400,0 \text{ мг}$

$m(Б) = 554,5 \text{ мг}$

$\omega(O \text{ в Б}) = 27,29 \% = 0,2729$

В системе СИ:

$m(A) = 400,0 \cdot 10^{-6} \text{ кг} = 0,0004000 \text{ кг}$

$m(Б) = 554,5 \cdot 10^{-6} \text{ кг} = 0,0005545 \text{ кг}$

(Для удобства расчетов будем использовать граммы: $m(A) = 0,4000 \text{ г}$, $m(Б) = 0,5545 \text{ г}$)

Найти:

а) Формулы и названия веществ А и Б.

б) Уравнение реакции из эксперимента.

в) Уравнение реакции одного из оксидов X с угарным газом, его применение и обоснование.

Решение:

1. Простое вещество А, образованное элементом X, реагирует с концентрированной азотной кислотой с выделением бурого газа ($NO_2$). Это указывает на то, что X — это элемент, который может быть окислен азотной кислотой (например, металл или неметалл). В результате образуется вещество Б.

2. Определим состав вещества Б. Найдем массу кислорода в навеске вещества Б:$m(O) = m(Б) \cdot \omega(O) = 0,5545 \text{ г} \cdot 0,2729 \approx 0,1513 \text{ г}$

3. Поскольку вещество Б получено из вещества А, вся масса элемента X перешла из А в Б. Таким образом, масса элемента X в веществе Б равна массе исходной навески А:$m(X) = m(A) = 0,4000 \text{ г}$

4. Проверим, есть ли в веществе Б другие элементы. Сумма масс X и O в Б составляет:$m(X) + m(O) = 0,4000 \text{ г} + 0,1513 \text{ г} = 0,5513 \text{ г}$Эта масса меньше общей массы вещества Б ($0,5545 \text{ г}$). Разница $0,5545 - 0,5513 = 0,0032 \text{ г}$ скорее всего, приходится на водород, который мог войти в состав продукта из кислоты или воды. Это говорит о том, что вещество Б — это кислородсодержащая кислота элемента X.

5. Предположим, что X — это иод (I), так как он является твердым веществом при н. у. (темно-фиолетовые кристаллы) и окисляется концентрированной азотной кислотой до иодноватой кислоты ($HIO_3$), которая представляет собой белое кристаллическое вещество. Проверим эту гипотезу.

Если X = I, то вещество А — это дииод ($I_2$), а вещество Б — иодноватая кислота ($HIO_3$).

6. Проверим соответствие данных по массам.Найдем количество вещества $I_2$ в навеске А. Молярная масса $M(I_2) = 2 \cdot 126,9 \text{ г/моль} = 253,8 \text{ г/моль}$.$n(I_2) = \frac{m(A)}{M(I_2)} = \frac{0,4000 \text{ г}}{253,8 \text{ г/моль}} \approx 0,001576 \text{ моль}$

При окислении одна молекула $I_2$ дает две молекулы $HIO_3$. Следовательно, количество вещества $HIO_3$ должно быть в два раза больше:$n(HIO_3) = 2 \cdot n(I_2) = 2 \cdot 0,001576 \text{ моль} = 0,003152 \text{ моль}$

Рассчитаем теоретическую массу вещества Б ($HIO_3$). Молярная масса $M(HIO_3) = 1,0 + 126,9 + 3 \cdot 16,0 = 175,9 \text{ г/моль}$.$m(HIO_3) = n(HIO_3) \cdot M(HIO_3) = 0,003152 \text{ моль} \cdot 175,9 \text{ г/моль} \approx 0,5544 \text{ г} = 554,4 \text{ мг}$Полученное значение практически совпадает с данным в условии ($554,5 \text{ мг}$).

7. Проверим массовую долю кислорода в $HIO_3$:$\omega(O) = \frac{3 \cdot M(O)}{M(HIO_3)} = \frac{3 \cdot 16,0}{175,9} \approx 0,27288 \approx 27,29 \%$Это значение полностью совпадает с условием задачи.

Таким образом, все расчеты подтверждают, что элемент X — это иод.

Ответ: Вещество А — это иод (формула $I_2$). Вещество Б — это иодноватая кислота (формула $HIO_3$).

Реакция окисления иода концентрированной азотной кислотой при нагревании с образованием иодноватой кислоты, диоксида азота (бурый газ) и воды.Составим электронный баланс:$I_2^0 - 10e^- \rightarrow 2I^{+5} \quad | \cdot 1$$N^{+5} + 1e^- \rightarrow N^{+4} \quad | \cdot 10$Суммарное уравнение реакции:$I_2 + 10HNO_3 \text{(конц.)} \xrightarrow{t} 2HIO_3 + 10NO_2\uparrow + 4H_2O$

Ответ: $I_2 + 10HNO_3 \rightarrow 2HIO_3 + 10NO_2 + 4H_2O$

Один из наиболее известных оксидов иода (X) — это оксид иода(V), или пентаоксид дииода ($I_2O_5$). Это сильный окислитель, который реагирует с угарным газом (CO), являющимся восстановителем. В ходе реакции оксид иода(V) восстанавливается до свободного иода, а угарный газ окисляется до углекислого газа.Уравнение реакции:$I_2O_5 + 5CO \rightarrow I_2 + 5CO_2$

Применение и причина: Эта реакция применяется в аналитической химии для количественного определения содержания угарного газа (CO) в газовых смесях (например, в воздухе).Почему:1. Количественность и специфичность: Реакция протекает количественно (полностью) уже при комнатной температуре (или небольшом нагревании до 60-70 °C) и является достаточно специфичной для CO.2. Простота анализа: Количество прореагировавшего угарного газа можно легко определить, измерив количество одного из продуктов. Например, выделившийся иод ($I_2$) можно оттитровать стандартным раствором тиосульфата натрия ($Na_2S_2O_3$), что позволяет с высокой точностью рассчитать исходную концентрацию CO.

Ответ: Уравнение реакции: $I_2O_5 + 5CO \rightarrow I_2 + 5CO_2$. Реакция применяется для количественного анализа угарного газа, так как она протекает количественно и специфично при комнатной температуре, а количество образовавшегося иода легко определяется титрованием.