Номер 65, страница 259 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

10.65. Вещество состоит из ионов, имеющих одинаковую электронную конфигурацию. Масса положительного иона в 1,5 раза больше массы отрицательного иона. Установите формулу вещества.

Пусть искомое вещество состоит из катиона $X^{n+}$ и аниона $Y^{m-}$. По условию, эти ионы имеют одинаковую электронную конфигурацию, то есть являются изоэлектронными. Масса иона приблизительно равна массе соответствующего атома, поскольку масса электронов пренебрежимо мала.

Дано:

Электронная конфигурация иона $X^{n+}$ равна электронной конфигурации иона $Y^{m-}$.
$\frac{m(X^{n+})}{m(Y^{m-})} \approx \frac{Ar(X)}{Ar(Y)} = 1,5$

Найти:

Химическую формулу вещества.

Решение:

Поскольку ионы $X^{n+}$ и $Y^{m-}$ имеют одинаковую электронную конфигурацию, они должны иметь одинаковое число электронов. Как правило, ионы элементов главных подгрупп имеют электронную конфигурацию ближайшего к ним инертного газа. Рассмотрим возможные варианты.

1. Ионы с электронной конфигурацией неона (Ne), 10 электронов.
Катионы, которые могут образоваться: $Na^+$ (из $Na$, Z=11), $Mg^{2+}$ (из $Mg$, Z=12), $Al^{3+}$ (из $Al$, Z=13).
Анионы, которые могут образоваться: $N^{3-}$ (из $N$, Z=7), $O^{2-}$ (из $O$, Z=8), $F^-$ (из $F$, Z=9).
Теперь проверим соотношение относительных атомных масс ($Ar$) для возможных пар катион-анион. Будем использовать округленные значения $Ar$, так как соотношение 1,5 является простым.
$Ar(Na) \approx 23; Ar(Mg) \approx 24; Ar(Al) \approx 27$
$Ar(N) \approx 14; Ar(O) \approx 16; Ar(F) \approx 19$
Проверяем пары, где катион образован металлом, а анион - неметаллом:

• $\frac{Ar(Na)}{Ar(O)} = \frac{23}{16} \approx 1,44$
• $\frac{Ar(Mg)}{Ar(O)} = \frac{24}{16} = 1,5$
• $\frac{Ar(Al)}{Ar(F)} = \frac{27}{19} \approx 1,42$

2. Ионы с электронной конфигурацией аргона (Ar), 18 электронов.
Катионы: $K^+$ (из $K$, Z=19, $Ar \approx 39$), $Ca^{2+}$ (из $Ca$, Z=20, $Ar \approx 40$).
Анионы: $P^{3-}$ (из $P$, Z=15, $Ar \approx 31$), $S^{2-}$ (из $S$, Z=16, $Ar \approx 32$), $Cl^-$ (из $Cl$, Z=17, $Ar \approx 35,5$).
Проверяем соотношения масс:

• $\frac{Ar(Ca)}{Ar(S)} = \frac{40}{32} = 1,25$
• $\frac{Ar(K)}{Ar(S)} = \frac{39}{32} \approx 1,22$

Таким образом, единственной подходящей парой являются ионы магния $Mg^{2+}$ и кислорода $O^{2-}$.
- Положительный ион (катион) - $Mg^{2+}$.
- Отрицательный ион (анион) - $O^{2-}$.
Оба иона имеют электронную конфигурацию неона ($1s^2 2s^2 2p^6$), то есть они изоэлектронны. Соотношение их атомных масс $\frac{Ar(Mg)}{Ar(O)} = \frac{24}{16} = 1,5$, что соответствует условию.
Так как заряды ионов равны по величине (+2 и -2) и противоположны по знаку, для образования электронейтрального соединения они должны находиться в соотношении 1:1.

Следовательно, формула вещества — MgO (оксид магния).

Ответ: MgO.