Номер 32, страница 231 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

8.32. Бинарное соединение щелочного металла растворяется в воде, образуя раствор, окрашивающий фенолфталеин в малиновый цвет. Известно, что массовая доля щелочного металла в бинарном соединении равняется 58,97%. Определите бинарное соединение и щелочной металл. Напишите уравнение реакции бинарного соединения с водой.

Дано:

Бинарное соединение щелочного металла: $Me_aX_b$

Массовая доля щелочного металла: $w(Me) = 58,97\% = 0,5897$

При растворении в воде образуется щелочная среда (фенолфталеин становится малиновым).

Найти:

1. Щелочной металл (Me).

2. Формулу бинарного соединения.

3. Уравнение реакции соединения с водой.

Решение:

1. Обозначим щелочной металл как $Me$, а второй элемент как $X$. Общая формула бинарного соединения — $Me_aX_b$. Массовая доля щелочного металла в соединении вычисляется по формуле:

$w(Me) = \frac{a \cdot A_r(Me)}{a \cdot A_r(Me) + b \cdot A_r(X)}$

где $A_r(Me)$ и $A_r(X)$ — относительные атомные массы элементов.

Подставим известное значение массовой доли:

$0,5897 = \frac{a \cdot A_r(Me)}{a \cdot A_r(Me) + b \cdot A_r(X)}$

Преобразуем уравнение, чтобы выразить $A_r(Me)$:

$0,5897 \cdot (a \cdot A_r(Me) + b \cdot A_r(X)) = a \cdot A_r(Me)$

$0,5897 \cdot a \cdot A_r(Me) + 0,5897 \cdot b \cdot A_r(X) = a \cdot A_r(Me)$

$0,5897 \cdot b \cdot A_r(X) = a \cdot A_r(Me) \cdot (1 - 0,5897)$

$0,5897 \cdot b \cdot A_r(X) = 0,4103 \cdot a \cdot A_r(Me)$

$A_r(Me) = \frac{0,5897 \cdot b}{0,4103 \cdot a} \cdot A_r(X) \approx 1,437 \cdot \frac{b}{a} \cdot A_r(X)$

2. Условие, что раствор соединения в воде окрашивает фенолфталеин в малиновый цвет, указывает на образование щелочи ($MeOH$). Это характерно для реакции с водой оксидов, пероксидов, надпероксидов, гидридов и некоторых других соединений щелочных металлов. Наиболее распространенными бинарными соединениями с неметаллами являются соединения с кислородом.

Рассмотрим возможные типы оксидов щелочных металлов:

• Оксид ($Me_2O$): стехиометрические коэффициенты $a=2, b=1$. Элемент X — кислород ($A_r(O) \approx 16$).

  $A_r(Me) \approx 1,437 \cdot \frac{1}{2} \cdot 16 = 11,5$ г/моль. Такого щелочного металла нет.

• Пероксид ($Me_2O_2$): простейшая формула $MeO$, стехиометрические коэффициенты $a=1, b=1$. Элемент X — кислород ($A_r(O) \approx 16$).

  $A_r(Me) \approx 1,437 \cdot \frac{1}{1} \cdot 16 = 22,99$ г/моль. Эта величина практически совпадает с относительной атомной массой натрия ($A_r(Na) \approx 23$).

• Надпероксид ($MeO_2$): стехиометрические коэффициенты $a=1, b=2$. Элемент X — кислород ($A_r(O) \approx 16$).

  $A_r(Me) \approx 1,437 \cdot \frac{2}{1} \cdot 16 = 46,0$ г/моль. Такого щелочного металла нет.

3. Таким образом, наиболее вероятный кандидат — пероксид натрия ($Na_2O_2$). Проверим расчет для него:

Относительная молекулярная масса $M_r(Na_2O_2) = 2 \cdot A_r(Na) + 2 \cdot A_r(O) = 2 \cdot 23 + 2 \cdot 16 = 78$.

Массовая доля натрия: $w(Na) = \frac{2 \cdot A_r(Na)}{M_r(Na_2O_2)} = \frac{2 \cdot 23}{78} = \frac{46}{78} \approx 0,58974$.

Полученное значение $58,974\%$ совпадает с данными в условии задачи.

4. Запишем уравнение реакции пероксида натрия с водой. В результате реакции образуется гидроксид натрия (щелочь) и пероксид водорода:

$Na_2O_2 + 2H_2O \rightarrow 2NaOH + H_2O_2$

Образовавшийся гидроксид натрия $NaOH$ является сильной щелочью и обуславливает малиновую окраску фенолфталеина.

Ответ: Щелочной металл – натрий (Na), бинарное соединение – пероксид натрия ($Na_2O_2$). Уравнение реакции: $Na_2O_2 + 2H_2O \rightarrow 2NaOH + H_2O_2$.