Номер 25, страница 230 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

8.25. Соединение металла с кислородом представляет собой красный порошок, который окрашивает пламя в фиолетовый цвет. При взаимодействии этого вещества с углекислым газом выделяется газ, объём которого в 2,5 раза больше объёма ${\mathrm{СО}}_2.$ Определите формулу соединения.

Дано:

Соединение металла (Me) с кислородом ($Me_xO_y$)

Цвет соединения: красный порошок

Качественная реакция: окрашивает пламя в фиолетовый цвет

При реакции с $CO_2$ выделяется газ

Соотношение объемов: $V_{газ} / V_{CO_2} = 2,5$

Найти:

Формулу соединения $Me_xO_y$.

Решение:

1. Из условия, что соединение окрашивает пламя в фиолетовый цвет, делаем вывод, что металл в его составе — калий (K). Качественная реакция на ионы калия ($K^+$) — это фиолетовое окрашивание пламени.

2. Таким образом, искомое соединение является одним из соединений калия с кислородом. Калий образует несколько таких соединений: оксид калия ($K_2O$, белый), пероксид калия ($K_2O_2$, бледно-желтый), надпероксид (супероксид) калия ($KO_2$, желто-оранжевый) и озонид калия ($KO_3$, темно-красный). По условию, вещество представляет собой красный порошок. Этому описанию наиболее точно соответствует озонид калия ($KO_3$).

3. Проверим эту гипотезу с помощью данных о реакции с углекислым газом. Согласно закону Авогадро, отношение объемов газов (при одинаковых температуре и давлении) равно отношению их количеств вещества (молей):

$ \frac{V_{газ}}{V_{CO_2}} = \frac{n_{газ}}{n_{CO_2}} = 2,5 $

Это означает, что на каждый 1 моль прореагировавшего $CO_2$ выделяется 2,5 моль газа. Для удобства расчетов можно сказать, что на каждые 2 моля $CO_2$ выделяется 5 молей газа.

4. Запишем уравнения реакций различных соединений калия с кислородом и углекислым газом и найдем соотношение молей газов.

Реакция пероксида калия $K_2O_2$:

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

Соотношение молей: $n_{O_2} / n_{CO_2} = 1 / 2 = 0,5$. Это не соответствует условию.

Реакция надпероксида калия $KO_2$:

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

Соотношение молей: $n_{O_2} / n_{CO_2} = 3 / 2 = 1,5$. Это также не соответствует условию.

Реакция озонида калия $KO_3$:

При реакции озонида калия с углекислым газом образуется карбонат калия и выделяется кислород. Уравнение реакции выглядит следующим образом:

$4KO_3 + 2CO_2 \rightarrow 2K_2CO_3 + 5O_2$

Проверим соотношение молей выделившегося газа ($O_2$) к прореагировавшему газу ($CO_2$):

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

Это соотношение полностью совпадает с данным в условии задачи.

Таким образом, все условия задачи (металл - калий, красный цвет, стехиометрия реакции с $CO_2$) выполняются для озонида калия.

Ответ: Формула соединения – $KO_3$.