Номер 165, страница 281 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

10.165. Вещество ионного строения X состоит из трёх элементов. В положительном и отрицательном ионах число электронов одинаково. Вещество X образуется при взаимодействии газа А и жидкости (при н. у.) В, молекулы которых также содержат одинаковое число электронов. Определите формулы X, А, В и найдите число электронов в каждом ионе и каждой молекуле. Напишите уравнение взаимодействия X со щёлочью и превращения X в кислую соль, состоящую из трёх элементов.

Определение формул X, A, B и нахождение числа электронов в каждом ионе и каждой молекуле

1. Начнем с анализа веществ А и В. Вещество А — газ при нормальных условиях (н. у.), а вещество В — жидкость. В их молекулах содержится одинаковое число электронов. Рассмотрим распространенные молекулы с небольшим числом электронов. Число электронов в молекуле равно сумме порядковых номеров всех атомов в ней.
Кандидаты с 10 электронами:

• Газы: аммиак ($NH_3$: $7 + 3 \cdot 1 = 10 e^-$), метан ($CH_4$: $6 + 4 \cdot 1 = 10 e^-$), неон ($Ne$: $10 e^-$).
• Жидкости: вода ($H_2O$: $8 + 2 \cdot 1 = 10 e^-$), фтороводород ($HF$: $9 + 1 = 10 e^-$, т.кип. 19.5°C, при н.у. газ, но часто рассматривается как жидкость или раствор).

2. Вещество Х образуется при взаимодействии А и В. $NH_3 + H_2O \rightleftharpoons NH_3 \cdot H_2O \rightleftharpoons NH_4OH$ Таким образом, вещество Х — это гидроксид аммония, $NH_4OH$.

3. Проверим, соответствует ли вещество Х ($NH_4OH$) остальным условиям задачи.

• Это вещество ионного строения, в водном растворе диссоциирует на ионы: $NH_4OH \rightleftharpoons NH_4^+ + OH^-$.
• Оно состоит из трёх элементов: азота (N), водорода (H) и кислорода (O).
• В положительном и отрицательном ионах число электронов должно быть одинаковым.
  • Число электронов в катионе аммония $NH_4^+$: $N_e(N) + 4 \cdot N_e(H) - 1 = 7 + 4 \cdot 1 - 1 = 10$ электронов.
  • Число электронов в гидроксид-ионе $OH^-$: $N_e(O) + N_e(H) + 1 = 8 + 1 + 1 = 10$ электронов.

Ответ: Формула вещества X – $NH_4OH$ (гидроксид аммония). Формула газа А – $NH_3$ (аммиак). Формула жидкости В – $H_2O$ (вода). Число электронов в катионе $NH_4^+$ равно 10. Число электронов в анионе $OH^-$ равно 10. Число электронов в молекуле $NH_3$ равно 10. Число электронов в молекуле $H_2O$ равно 10.

Напишите уравнение взаимодействия X со щёлочью

Вещество X (гидроксид аммония, $NH_4OH$) является слабым основанием и существует в равновесии с аммиаком и водой. При добавлении сильной щёлочи (например, $NaOH$) к раствору гидроксида аммония и последующем нагревании равновесие смещается в сторону образования аммиака, который выделяется в виде газа. Это качественная реакция на ион аммония. $NH_4OH + NaOH \xrightarrow{t^{\circ}} NH_3 \uparrow + H_2O + NaOH$ Более корректно записать реакцию в ионном виде, так как она описывает взаимодействие иона аммония $NH_4^+$ с гидроксид-ионом $OH^-$ из сильной щелочи: $NH_4^+ + OH^- \xrightarrow{t^{\circ}} NH_3 \uparrow + H_2O$

Ответ: $NH_4OH \xrightarrow{t^{\circ}} NH_3 \uparrow + H_2O$ (реакция разложения, усиливающаяся в присутствии щелочи), или в ионной форме: $NH_4^+ + OH^- \xrightarrow{t^{\circ}} NH_3 \uparrow + H_2O$.

Напишите уравнение превращения X в кислую соль, состоящую из трёх элементов

Для получения кислой соли необходимо провести реакцию вещества Х (основания $NH_4OH$) с многоосновной кислотой, взятой в избытке. Чтобы полученная кислая соль состояла из трёх элементов, нужно подобрать соответствующую кислоту. Такой кислотой является сероводородная кислота $H_2S$. Продуктом реакции будет гидросульфид аммония $NH_4HS$, который является кислой солью и состоит из трёх элементов: азота (N), водорода (H) и серы (S).

$NH_4OH + H_2S \rightarrow NH_4HS + H_2O$

Ответ: $NH_4OH + H_2S \rightarrow NH_4HS + H_2O$.