Номер 2, страница 28, часть 1 - гдз по химии 10 класс учебник Оспанова, Аухадиева

2. Определите формулу соединения, если известно, что оно содержит 28% металла, 24% серы и 48% кислорода по массе.

2. Дано:

Массовая доля металла, $\omega(Me) = 28\%$

Массовая доля серы, $\omega(S) = 24\%$

Массовая доля кислорода, $\omega(O) = 48\%$

Найти:

Формулу соединения.

Решение:

1. Для нахождения формулы соединения определим соотношение молей атомов элементов, входящих в его состав. Предположим, что у нас есть 100 г этого соединения. Тогда массы элементов будут равны их массовым долям в граммах:

$m(Me) = 28$ г

$m(S) = 24$ г

$m(O) = 48$ г

2. Найдем соотношение количеств вещества (в молях) для серы и кислорода, используя их молярные массы: $M(S) = 32$ г/моль и $M(O) = 16$ г/моль.

$n(S) = \frac{m(S)}{M(S)} = \frac{24 \text{ г}}{32 \text{ г/моль}} = 0.75 \text{ моль}$

$n(O) = \frac{m(O)}{M(O)} = \frac{48 \text{ г}}{16 \text{ г/моль}} = 3 \text{ моль}$

3. Найдем соотношение числа атомов серы и кислорода в соединении, разделив полученные количества вещества на наименьшее из них (0.75):

$S : o = n(S) : n(O) = 0.75 : 3$

Делим оба числа на 0.75:

$S : o = \frac{0.75}{0.75} : \frac{3}{0.75} = 1 : 4$

Это соотношение характерно для сульфат-иона $(SO_4)^{2-}$. Следовательно, наше соединение является сульфатом неизвестного металла.

4. Обозначим формулу соединения как $Me_x(SO_4)_y$. Соотношение атомов в соединении будет $Me : S : o = x : y : 4y$. Из предыдущего шага мы знаем, что соотношение серы и кислорода 1:4, что соответствует сульфат-иону.

Найдем соотношение молей металла и серы:

$n(Me) : n(S) = \frac{m(Me)}{M(Me)} : n(S) = \frac{28}{M(Me)} : 0.75$

5. Рассмотрим возможные валентности металла и соответствующие формулы сульфатов:

а) Если металл одновалентен, формула соли $Me_2SO_4$. Соотношение $n(Me) : n(S) = 2 : 1$.

$\frac{28/M(Me)}{0.75} = \frac{2}{1} \Rightarrow \frac{28}{M(Me)} = 1.5 \Rightarrow M(Me) = \frac{28}{1.5} \approx 18.7$ г/моль. Такого металла не существует.

б) Если металл двухвалентен, формула соли $MeSO_4$. Соотношение $n(Me) : n(S) = 1 : 1$.

$\frac{28/M(Me)}{0.75} = \frac{1}{1} \Rightarrow \frac{28}{M(Me)} = 0.75 \Rightarrow M(Me) = \frac{28}{0.75} \approx 37.3$ г/моль. Среди распространенных металлов нет элемента с такой молярной массой.

в) Если металл трехвалентен, формула соли $Me_2(SO_4)_3$. Соотношение $n(Me) : n(S) = 2 : 3$.

$\frac{28/M(Me)}{0.75} = \frac{2}{3} \Rightarrow \frac{28}{M(Me)} = 0.75 \times \frac{2}{3} = \frac{3}{4} \times \frac{2}{3} = 0.5$

$M(Me) = \frac{28}{0.5} = 56$ г/моль.

Молярная масса 56 г/моль соответствует железу (Fe). Следовательно, неизвестный металл - железо.

6. Таким образом, формула соединения - сульфат железа(III), $Fe_2(SO_4)_3$.

Проверим правильность расчетов, вычислив массовые доли элементов в $Fe_2(SO_4)_3$:

$M(Fe_2(SO_4)_3) = 2 \times 56 + 3 \times (32 + 4 \times 16) = 112 + 3 \times 96 = 112 + 288 = 400$ г/моль.

$\omega(Fe) = \frac{2 \times 56}{400} \times 100\% = \frac{112}{400} \times 100\% = 0.28 \times 100\% = 28\%$

$\omega(S) = \frac{3 \times 32}{400} \times 100\% = \frac{96}{400} \times 100\% = 0.24 \times 100\% = 24\%$

$\omega(O) = \frac{3 \times 4 \times 16}{400} \times 100\% = \frac{192}{400} \times 100\% = 0.48 \times 100\% = 48\%$

Рассчитанные массовые доли совпадают с данными в условии задачи.

Ответ: Формула соединения - $Fe_2(SO_4)_3$.