Номер 116, страница 268 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

10.116. Молекула неизвестного вещества содержит столько же электронов, сколько хлорид-ион. Найдите самую тяжёлую из таких молекул. Напишите её формулу и рассчитайте массу в граммах и в атомных единицах массы.

Дано:

Число электронов в молекуле неизвестного вещества $N_e(молекула)$ равно числу электронов в хлорид-ионе $N_e(Cl^-)$.

Постоянная Авогадро $N_A = 6.022 \times 10^{23} \text{ моль}^{-1}$.

Относительные атомные массы (округленные): $Ar(F) = 19.00$, $Ar(Cl) = 35.45$, $Ar(H) = 1.01$, $Ar(S) = 32.07$.

Найти:

1. Формулу самой тяжелой из таких молекул.

2. Массу этой молекулы в атомных единицах массы (а.е.м.).

3. Массу этой молекулы в граммах (г).

Решение:

1. Сначала определим количество электронов в хлорид-ионе ($Cl^-$). Атом хлора (Cl) имеет порядковый номер 17 в периодической системе, следовательно, в нейтральном атоме хлора содержится 17 протонов и 17 электронов. Хлорид-ион $Cl^-$ образуется, когда атом хлора принимает один дополнительный электрон.

$N_e(Cl^-) = N_e(Cl) + 1 = 17 + 1 = 18$ электронов.

Таким образом, искомая молекула также должна содержать 18 электронов. Число электронов в нейтральной молекуле равно сумме порядковых номеров (зарядов ядер) всех атомов, входящих в её состав.

2. Теперь найдем возможные молекулы, содержащие 18 электронов, и сравним их массы. Чтобы молекула была самой тяжелой, она должна состоять из наиболее тяжелых атомов. Масса атомов, в общем случае, растет с увеличением их порядкового номера.

Рассмотрим несколько вариантов стабильных молекул, сумма порядковых номеров атомов в которых равна 18:

• Молекула фтора ($F_2$): фтор имеет порядковый номер 9. В молекуле $F_2$ два атома, общее число электронов $9 + 9 = 18$.
• Молекула хлороводорода ($HCl$): водород (№1) и хлор (№17). Общее число электронов $1 + 17 = 18$.
• Молекула сероводорода ($H_2S$): два атома водорода (№1) и один атом серы (№16). Общее число электронов $2 \times 1 + 16 = 18$.
• Молекула этана ($C_2H_6$): два атома углерода (№6) и шесть атомов водорода (№1). Общее число электронов $2 \times 6 + 6 \times 1 = 18$.

3. Рассчитаем относительные молекулярные массы ($Mr$) этих молекул, чтобы найти самую тяжелую.

• $Mr(F_2) = 2 \times Ar(F) = 2 \times 19.00 = 38.00$ а.е.м.
• $Mr(HCl) = Ar(H) + Ar(Cl) = 1.01 + 35.45 = 36.46$ а.е.м.
• $Mr(H_2S) = 2 \times Ar(H) + Ar(S) = 2 \times 1.01 + 32.07 = 34.09$ а.е.м.
• $Mr(C_2H_6) = 2 \times Ar(C) + 6 \times Ar(H) = 2 \times 12.01 + 6 \times 1.01 = 24.02 + 6.06 = 30.08$ а.е.м.

Сравнивая полученные массы, видим, что самой тяжелой из перечисленных молекул является молекула фтора ($F_2$).

4. Рассчитаем массу одной молекулы $F_2$.

Масса в атомных единицах массы (а.е.м.):

Масса молекулы в а.е.м. численно равна ее относительной молекулярной массе.

$m(F_2) = 38.00$ а.е.м.

Масса в граммах (г):

Массу одной молекулы в граммах можно найти, разделив молярную массу вещества ($M$) на число Авогадро ($N_A$). Молярная масса численно равна относительной молекулярной массе и имеет размерность г/моль.

$M(F_2) = 38.00$ г/моль.

$m(F_2) = \frac{M(F_2)}{N_A} = \frac{38.00 \text{ г/моль}}{6.022 \times 10^{23} \text{ моль}^{-1}} \approx 6.31 \times 10^{-23}$ г.

Ответ:

Самая тяжелая из таких молекул – это молекула фтора.
Её формула: $F_2$.
Масса в атомных единицах массы: $38.00$ а.е.м.
Масса в граммах: $6.31 \times 10^{-23}$ г.