Номер 25, страница 240 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

9.25. Хлорирование 8,80 г неизвестного вещества привело к образованию 6,34 г хлорида хрома(III). Какое вещество подвергли хлорированию?

Дано:

$m(\text{неизвестного вещества}) = 8,80 \text{ г}$
$m(CrCl_3) = 6,34 \text{ г}$

Перевод в СИ:

$m(\text{неизвестного вещества}) = 0,00880 \text{ кг}$
$m(CrCl_3) = 0,00634 \text{ кг}$

Найти:

Формулу неизвестного вещества.

Решение:

В результате реакции хлорирования некоторого вещества, содержащего хром, образуется хлорид хрома(III). Это означает, что весь хром из исходного вещества перешел в продукт реакции. Формула хлорида хрома(III) — $CrCl_3$.

1. Найдем количество вещества (моль) образовавшегося хлорида хрома(III). Для этого нам понадобится его молярная масса. Используем округленные атомные массы: $Ar(Cr) = 52 \text{ г/моль}$, $Ar(Cl) = 35,5 \text{ г/моль}$.

Молярная масса $CrCl_3$:
$M(CrCl_3) = Ar(Cr) + 3 \cdot Ar(Cl) = 52 + 3 \cdot 35,5 = 52 + 106,5 = 158,5 \text{ г/моль}$.

Количество вещества $CrCl_3$:
$n(CrCl_3) = \frac{m(CrCl_3)}{M(CrCl_3)} = \frac{6,34 \text{ г}}{158,5 \text{ г/моль}} = 0,04 \text{ моль}$.

2. Согласно закону сохранения массы, количество атомов хрома в исходном веществе равно количеству атомов хрома в продукте. Так как в одной формульной единице $CrCl_3$ содержится один атом хрома, то количество вещества атомов хрома в исходном веществе равно количеству вещества $CrCl_3$.

$n(Cr) = n(CrCl_3) = 0,04 \text{ моль}$.

3. Вычислим массу хрома, которая содержалась в 8,80 г исходного вещества:

$m(Cr) = n(Cr) \cdot M(Cr) = 0,04 \text{ моль} \cdot 52 \text{ г/моль} = 2,08 \text{ г}$.

4. Исходное вещество является соединением хрома. Найдем массу остальных элементов (или групп атомов), связанных с хромом в этом соединении.

$m(\text{остаток}) = m(\text{неизв. в-ва}) - m(Cr) = 8,80 \text{ г} - 2,08 \text{ г} = 6,72 \text{ г}$.

5. Предположим, что в молекуле (формульной единице) неизвестного вещества содержится один атом хрома. Тогда количество вещества исходного соединения также равно 0,04 моль. Найдем молярную массу неизвестного вещества.

$M(\text{неизв. в-ва}) = \frac{m(\text{неизв. в-ва})}{n(\text{неизв. в-ва})} = \frac{8,80 \text{ г}}{0,04 \text{ моль}} = 220 \text{ г/моль}$.

6. Молярная масса неизвестного вещества складывается из молярной массы хрома и молярной массы остальной части молекулы.

$M(\text{остаток}) = M(\text{неизв. в-ва}) - M(Cr) = 220 \text{ г/моль} - 52 \text{ г/моль} = 168 \text{ г/моль}$.

7. Теперь нам нужно определить, что представляет собой остаток с молярной массой 168 г/моль. В химии хрома известны карбонильные комплексы. Проверим, может ли остаток состоять из нескольких карбонильных групп (CO).

Молярная масса группы CO: $M(CO) = Ar(C) + Ar(O) = 12 + 16 = 28 \text{ г/моль}$.

Найдем, сколько групп CO может содержаться в остатке:

$x = \frac{M(\text{остаток})}{M(CO)} = \frac{168 \text{ г/моль}}{28 \text{ г/моль}} = 6$.

Полученное целое число 6 говорит о том, что неизвестное вещество — это гексакарбонил хрома, формула которого $Cr(CO)_6$.

8. Проверим наше предположение. Уравнение реакции хлорирования гексакарбонила хрома:

$2Cr(CO)_6 + 3Cl_2 \rightarrow 2CrCl_3 + 12CO$

Из уравнения видно, что из 1 моль $Cr(CO)_6$ образуется 1 моль $CrCl_3$. Наши расчеты, основанные на этом соотношении ($n(\text{неизв. в-ва}) = n(CrCl_3)$), верны. Молярная масса $Cr(CO)_6$ равна 220 г/моль, что полностью соответствует нашим вычислениям.

Ответ:

Неизвестное вещество — гексакарбонил хрома(0), формула $Cr(CO)_6$.