Номер 15, страница 110 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 22. Соединения углерода. Глава 1. Неметаллы - номер 15, страница 110.

Условие.

15. Неизвестное вещество Z при действии на него кислотой образует газ X, а при действии на такое же количество Z щёлочью — газ Y. Назовите это вещество, если известно, что объёмы газов X и Y равны.

Решение.

Решение 2.

Решение

Из условия задачи следует, что вещество $Z$ вступает в реакцию как с кислотой, так и со щёлочью, что указывает на его амфотерные свойства. В результате обеих реакций выделяется газ.

Ключевое условие состоит в том, что при реакции с одинаковым количеством вещества $Z$ объёмы выделившихся газов $X$ и $Y$ равны. Согласно закону Авогадро, равные объёмы газов при одинаковых условиях (температура и давление) содержат одинаковое количество вещества (моль). Следовательно, молярные количества газов $X$ и $Y$ равны: $n(X) = n(Y)$.

Таким свойствам удовлетворяют, например, кислые соли аммония. Рассмотрим в качестве вещества $Z$ гидрокарбонат аммония (или бикарбонат аммония) с формулой $NH_4HCO_3$. Это соль, образованная слабым основанием (гидроксидом аммония, $NH_4OH$) и слабой двухосновной кислотой (угольной кислотой, $H_2CO_3$).

Взаимодействие с кислотой

При действии сильной кислоты (например, соляной $HCl$) на гидрокарбонат аммония реагирует его анионная часть ($HCO_3^-$), в результате чего выделяется углекислый газ ($CO_2$), который является газом $X$.

Уравнение реакции:

$NH_4HCO_3 + HCl \rightarrow NH_4Cl + H_2O + CO_2 \uparrow$

Из стехиометрии реакции видно, что из 1 моль вещества $Z$ ($NH_4HCO_3$) образуется 1 моль газа $X$ ($CO_2$). Таким образом, $n(X) = n(Z)$.

Взаимодействие со щёлочью

При действии сильной щёлочи (например, гидроксида натрия $NaOH$) на гидрокарбонат аммония реагирует его катионная часть ($NH_4^+$), в результате чего выделяется аммиак ($NH_3$), который является газом $Y$.

Уравнение реакции:

$NH_4HCO_3 + 2NaOH \rightarrow Na_2CO_3 + NH_3 \uparrow + 2H_2O$

Из 1 моль вещества $Z$ ($NH_4HCO_3$), который содержит 1 моль ионов аммония $NH_4^+$, образуется 1 моль газа $Y$ ($NH_3$). Таким образом, $n(Y) = n(Z)$.

Поскольку $n(X) = n(Z)$ и $n(Y) = n(Z)$, то $n(X) = n(Y)$, что полностью соответствует условию задачи о равенстве объёмов газов. То, что газы обозначены разными буквами ($X$ и $Y$), является дополнительным указанием на правильность выбора, так как газ $X$ ($CO_2$) и газ $Y$ ($NH_3$) — это разные вещества. В случае, если бы веществом $Z$ был амфотерный металл (например, цинк или алюминий), в обеих реакциях выделялся бы один и тот же газ — водород ($H_2$).

Ответ: Неизвестное вещество Z — это гидрокарбонат аммония (бикарбонат аммония), формула $NH_4HCO_3$.