Номер 60, страница 198 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

7.60. Белое кристаллическое вещество X хорошо растворимо в воде, окрашивает пламя в фиолетовый цвет. При нагревании X разлагается, выделяя бесцветный газ Y, окрашивающий лакмус в красный цвет. Из 23,4 г X образуется 6,72 л (н. у.) Y.

Проанализируем данные задачи для определения веществ X и Y.

1. Вещество X — это белое кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде. Характерное фиолетовое окрашивание пламени указывает на присутствие в его составе ионов калия ($K^+$). Следовательно, X является солью калия.

2. При термическом разложении вещества X выделяется бесцветный газ Y, который окрашивает влажную лакмусовую бумагу в красный цвет. Это свойство указывает на то, что газ Y является кислотным (или образует кислоту при взаимодействии с водой).

Для точного установления формул веществ воспользуемся количественными данными из условия задачи.

Дано:

$m(\text{X}) = 23,4 \text{ г}$
$V(\text{Y}) = 6,72 \text{ л (н. у.)}$

Найти:

Формулы веществ X и Y.

Решение:

1. Рассчитаем количество вещества (число моль) выделившегося газа Y. Поскольку объем дан при нормальных условиях (н. у.), используем молярный объем газа $V_m = 22,4$ л/моль. $$ n(\text{Y}) = \frac{V(\text{Y})}{V_m} = \frac{6,72 \text{ л}}{22,4 \text{ л/моль}} = 0,3 \text{ моль} $$

2. Запишем уравнение реакции разложения вещества X в общем виде, где a и b — стехиометрические коэффициенты: $$ a\text{X} \xrightarrow{\Delta} \text{продукты} + b\text{Y} $$ Из уравнения реакции следует, что количество вещества X связано с количеством вещества Y соотношением: $$ n(\text{X}) = \frac{a}{b} \cdot n(\text{Y}) = \frac{a}{b} \cdot 0,3 \text{ моль} $$

3. Молярная масса вещества X ($M(\text{X})$) определяется как отношение его массы к количеству вещества: $$ M(\text{X}) = \frac{m(\text{X})}{n(\text{X})} = \frac{23,4 \text{ г}}{\frac{a}{b} \cdot 0,3 \text{ моль}} = \frac{23,4 \cdot b}{0,3 \cdot a} \frac{\text{г}}{\text{моль}} = 78 \cdot \frac{b}{a} \frac{\text{г}}{\text{моль}} $$

4. Теперь необходимо найти такую соль калия и такую реакцию ее разложения, чтобы ее молярная масса соответствовала полученной формуле при целочисленных коэффициентах a и b. Рассмотрим простейший стехиометрический случай, когда $a = 1$ и $b = 1$. В этом случае молярная масса вещества X должна быть: $$ M(\text{X}) = 78 \cdot \frac{1}{1} = 78 \frac{\text{г}}{\text{моль}} $$

5. Проверим, существует ли соль калия, удовлетворяющая этим условиям. Одной из таких солей является гидрофторид калия (или бифторид калия) с формулой $\text{KHF}_2$. Это белое кристаллическое вещество, содержащее калий. При нагревании оно разлагается по следующему уравнению: $$ \text{KHF}_2(s) \xrightarrow{t} \text{KF}(s) + \text{HF}(g) $$ В этой реакции стехиометрические коэффициенты $a=1$ и $b=1$. Выделяющийся газ — фтороводород (HF). Фтороводород является бесцветным газом и при растворении в воде образует плавиковую кислоту, которая окрашивает лакмус в красный цвет. Все качественные признаки совпадают.

6. Рассчитаем теоретическую молярную массу гидрофторида калия, чтобы убедиться в правильности нашего предположения: $$ M(\text{KHF}_2) = M(\text{K}) + M(\text{H}) + 2 \cdot M(\text{F}) = 39,1 + 1,0 + 2 \cdot 19,0 = 78,1 \text{ г/моль} $$ Это значение практически идеально совпадает с вычисленным нами значением 78 г/моль.

Таким образом, вещество X — это гидрофторид калия ($\text{KHF}_2$), а газ Y — это фтороводород (HF).

Ответ: Вещество X – гидрофторид калия ($\text{KHF}_2$), вещество Y – фтороводород (HF). Уравнение реакции разложения: $\text{KHF}_2 \xrightarrow{t} \text{KF} + \text{HF}$.