Номер 24, страница 230 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

8.24. Соединение металла с кислородом представляет собой жёлтый порошок, который окрашивает пламя в фиолетовый цвет. При взаимодействии этого вещества с углекислым газом выделяется газ, объём которого в 1,5 раза больше объёма ${\mathrm{СО}}_2.$ Определите формулу соединения.

Дано

Соединение металла (Me) с кислородом — жёлтый порошок.

Соединение окрашивает пламя в фиолетовый цвет.

При реакции с углекислым газом ($CO_2$) выделяется газ, причём $V_{газа} = 1,5 \cdot V_{CO_2}$.

Найти:

Формулу соединения — $Me_xO_y$.

Решение

1. Определение металла. В условии сказано, что соединение окрашивает пламя в фиолетовый цвет. Это характерная качественная реакция на ионы калия ($K^+$). Следовательно, металл в соединении — калий (K).

2. Анализ возможных соединений и их реакции с $CO_2$. Калий с кислородом образует несколько соединений: оксид ($K_2O$), пероксид ($K_2O_2$) и надпероксид (супероксид) ($KO_2$). Оксид калия ($K_2O$) — вещество белого цвета, что не соответствует условию ("жёлтый порошок"). Пероксид калия ($K_2O_2$) — бледно-жёлтый порошок, а надпероксид калия ($KO_2$) — жёлто-оранжевый. Оба могут подходить по цвету. Определим искомое вещество по продуктам реакции с углекислым газом.

По условию, при реакции с $CO_2$ выделяется газ, объём которого в 1,5 раза больше объёма поглощённого $CO_2$. Согласно закону Авогадро, для газов при одинаковых условиях отношение объёмов равно отношению количеств вещества (молей):

$\frac{V_{газа}}{V_{CO_2}} = \frac{n_{газа}}{n_{CO_2}} = 1,5 = \frac{3}{2}$

Газом, выделяющимся в таких реакциях, является кислород ($O_2$). Запишем уравнения реакций для пероксида и надпероксида калия:

• Взаимодействие пероксида калия с углекислым газом:

  $2K_2O_2 + 2CO_2 \rightarrow 2K_2CO_3 + O_2$

  В этой реакции из 2 моль $CO_2$ образуется 1 моль $O_2$. Отношение количеств вещества:

  $\frac{n_{O_2}}{n_{CO_2}} = \frac{1}{2} = 0,5$

  Это не соответствует условию задачи.

• Взаимодействие надпероксида калия с углекислым газом:

  $4KO_2 + 2CO_2 \rightarrow 2K_2CO_3 + 3O_2$

  В этой реакции из 2 моль $CO_2$ образуется 3 моль $O_2$. Отношение количеств вещества:

  $\frac{n_{O_2}}{n_{CO_2}} = \frac{3}{2} = 1,5$

  Это соотношение полностью совпадает с условием задачи.

Таким образом, все условия задачи (фиолетовое окрашивание пламени, жёлтый цвет, стехиометрия реакции с $CO_2$) выполняются для надпероксида калия.

Ответ: Формула соединения — $KO_2$.