Номер 9, страница 131 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 27. Сплавы. Глава 2. Общие свойства металлов - номер 9, страница 131.

Условие.

9. При восстановлении 2,66 г высшего оксида ниобия до низшего было израсходовано 0,672 л водорода (н. у.). Определите формулу низшего оксида.

Решение.

Решение 2.

Дано:

$m(Nb_xO_y)_{\text{высш}} = 2,66 \text{ г}$

$V(H_2) = 0,672 \text{ л}$ (н. у.)

Найти:

Формулу низшего оксида ниобия.

Решение:

1. Определим формулу высшего оксида ниобия. Ниобий (Nb) является элементом V группы периодической системы, следовательно, его высшая степень окисления равна +5. Степень окисления кислорода в оксидах равна -2. Для составления формулы оксида необходимо, чтобы суммарный заряд был равен нулю. Наименьшее общее кратное для 5 и 2 равно 10. Таким образом, на 2 атома ниобия приходится 5 атомов кислорода. Формула высшего оксида ниобия – $Nb_2O_5$.

2. Рассчитаем молярную массу высшего оксида ниобия $Nb_2O_5$. Используем относительные атомные массы элементов из периодической таблицы: $Ar(Nb) \approx 93$, $Ar(O) \approx 16$.

$M(Nb_2O_5) = 2 \cdot Ar(Nb) + 5 \cdot Ar(O) = 2 \cdot 93 + 5 \cdot 16 = 186 + 80 = 266 \text{ г/моль}$

3. Найдем количество вещества (в молях) высшего оксида ниобия, которое вступило в реакцию.

$n(Nb_2O_5) = \frac{m(Nb_2O_5)}{M(Nb_2O_5)} = \frac{2,66 \text{ г}}{266 \text{ г/моль}} = 0,01 \text{ моль}$

4. Найдем количество вещества водорода, которое было израсходовано. Объем газа дан при нормальных условиях (н. у.), поэтому для расчета используем молярный объем газа $V_m = 22,4 \text{ л/моль}$.

$n(H_2) = \frac{V(H_2)}{V_m} = \frac{0,672 \text{ л}}{22,4 \text{ л/моль}} = 0,03 \text{ моль}$

5. В реакции восстановления оксида водородом, водород соединяется с кислородом из оксида, образуя воду. Уравнение этого процесса: $O + H_2 \rightarrow H_2O$. Из этого следует, что количество моль атомов кислорода, удаленных из оксида, равно количеству моль молекул водорода, вступивших в реакцию.

$n(O)_{\text{удал.}} = n(H_2) = 0,03 \text{ моль}$

6. Теперь определим, сколько ниобия и кислорода было в исходном веществе и сколько осталось в конечном продукте.

В $0,01 \text{ моль}$ $Nb_2O_5$ содержится:

$n(Nb) = 2 \cdot n(Nb_2O_5) = 2 \cdot 0,01 \text{ моль} = 0,02 \text{ моль}$

$n(O)_{\text{исх.}} = 5 \cdot n(Nb_2O_5) = 5 \cdot 0,01 \text{ моль} = 0,05 \text{ моль}$

Ниобий в ходе реакции не расходуется, поэтому его количество в низшем оксиде остается тем же: $n(Nb) = 0,02 \text{ моль}$.

Количество кислорода в низшем оксиде будет равно разности исходного количества и удаленного:

$n(O)_{\text{кон.}} = n(O)_{\text{исх.}} - n(O)_{\text{удал.}} = 0,05 \text{ моль} - 0,03 \text{ моль} = 0,02 \text{ моль}$

7. Зная мольные количества ниобия и кислорода в низшем оксиде, найдем их соотношение, чтобы определить формулу.

Соотношение $n(Nb) : n(O)_{\text{кон.}} = 0,02 : 0,02 = 1 : 1$.

Следовательно, простейшая (эмпирическая) формула низшего оксида ниобия – $NbO$.

Ответ: $NbO$.