Номер 136, страница 270 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

10.136. Три частицы – X, Y и Z – содержат одинаковое число электронов – по 22. Каждая частица состоит из трёх атомов. Частицы X и У – это нейтральные молекулы, а частица Z представляет собой отрицательный ион и включает атомы только одного элемента. Предложите формулы всех частиц. Напишите уравнение реакции, в которой X – реагент, а Y – продукт.

Дано:

Частицы X, Y, Z
Число электронов в каждой частице: $N_e = 22$
Число атомов в каждой частице: $N_{атомов} = 3$
Частицы X, Y – нейтральные молекулы
Частица Z – отрицательный ион, состоящий из атомов одного элемента

Найти:

Формулы частиц X, Y, Z.
Уравнение реакции, в которой X — реагент, а Y — продукт.

Решение:

Предложите формулы всех частиц.
1. Начнем с определения частицы Z. По условию, это отрицательный ион, состоящий из трех атомов одного элемента (обозначим его как Э). Его формулу можно записать как $Э_3^{n-}$, где $n$ – это величина отрицательного заряда.
Общее число электронов (22) складывается из электронов трех атомов и $n$ дополнительных электронов, создающих заряд. Если $Z_Э$ – порядковый номер элемента Э (равный числу электронов в нейтральном атоме), то справедливо уравнение: $3 \cdot Z_Э + n = 22$
Так как $n$ должно быть целым положительным числом, то разность $(22 - n)$ должна быть кратна 3.
Проверим возможные значения $n$:
- Если $n = 1$, то $3 \cdot Z_Э = 22 - 1 = 21$. Отсюда $Z_Э = 7$. Элемент с порядковым номером 7 – это азот (N). Частица Z – это азид-ион $N_3^-$. Это известный и достаточно стабильный ион.
- Если $n = 2$, то $3 \cdot Z_Э = 22 - 2 = 20$. 20 не делится на 3 нацело.
- Если $n = 3$, то $3 \cdot Z_Э = 22 - 3 = 19$. 19 не делится на 3 нацело.
Таким образом, наиболее вероятная формула для частицы Z – это $N_3^-$.

2. Теперь определим частицы X и Y. Это нейтральные трехатомные молекулы, в каждой из которых 22 электрона. Сумма порядковых номеров атомов в такой молекуле должна быть равна 22.
Рассмотрим наиболее распространенные трехатомные молекулы неметаллов:
- Диоксид углерода, $CO_2$. Состоит из одного атома углерода ($Z=6$) и двух атомов кислорода ($Z=8$). Общее число электронов: $6 + 2 \cdot 8 = 22$. Эта молекула удовлетворяет всем условиям.
- Оксид азота(I), $N_2O$. Состоит из двух атомов азота ($Z=7$) и одного атома кислорода ($Z=8$). Общее число электронов: $2 \cdot 7 + 8 = 22$. Эта молекула также удовлетворяет всем условиям.
Молекулы $CO_2$ и $N_2O$ являются изоэлектронными и подходят на роль частиц X и Y. Поскольку в задаче не указано, какая из них X, а какая Y, мы можем присвоить их произвольно. Пусть X - это $N_2O$, а Y - это $CO_2$.

Напишите уравнение реакции, в которой X — реагент, а Y — продукт.
Согласно нашему выбору, X = $N_2O$, а Y = $CO_2$. Нам нужно составить уравнение реакции, в которой оксид азота(I) является исходным веществом, а диоксид углерода – продуктом.
Оксид азота(I) является сильным окислителем и может окислять многие вещества. Например, он может окислить угарный газ ($CO$) до диоксида углерода ($CO_2$): $N_2O + CO \rightarrow N_2 + CO_2$
Это уравнение реакции удовлетворяет условию задачи.

Ответ:
Формулы частиц: X – $N_2O$ (оксид азота(I)), Y – $CO_2$ (диоксид углерода), Z – $N_3^-$ (азид-ион). (Также возможно, что X - $CO_2$, а Y - $N_2O$, тогда пример реакции будет другим).
Уравнение реакции для случая, когда X = $N_2O$ и Y = $CO_2$: $N_2O + CO \rightarrow N_2 + CO_2$.