Номер 14, страница 256 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 7. Неметаллы. Параграф 35. Галогены - номер 14, страница 256.

Условие.

14. При прокаливании кристаллического вещества массой 24,5 г получили 6,74 л кислорода (н. у.) и остаток, состоящий на 52,35 % из калия и на 47,65 % из хлора. Выведите формулу исходного вещества.

Решение.

Решение 2.

Дано:

$m(\text{исходного вещества}) = 24,5 \text{ г}$

$V(O_2) = 6,74 \text{ л (н.у.)}$

$\omega(K) \text{ в остатке} = 52,35 \% = 0,5235$

$\omega(Cl) \text{ в остатке} = 47,65 \% = 0,4765$

Данные в систему СИ переводить не требуется, так как в расчетах используются стандартные для химии единицы (граммы, литры, моли).

Найти:

Формулу исходного вещества.

Решение:

1. Определим химическую формулу твердого остатка. Остаток состоит из калия (K) и хлора (Cl), так как сумма их массовых долей составляет $52,35\% + 47,65\% = 100\%$. Найдем соотношение молей атомов этих элементов в остатке, условно приняв массу остатка за 100 г. В этом случае масса калия составит 52,35 г, а масса хлора — 47,65 г.

Используем молярные массы элементов: $M(K) \approx 39 \text{ г/моль}$, $M(Cl) \approx 35,5 \text{ г/моль}$.

Найдем количество вещества (число молей) каждого элемента:

$n(K) = \frac{m(K)}{M(K)} = \frac{52,35 \text{ г}}{39 \text{ г/моль}} \approx 1,342 \text{ моль}$

$n(Cl) = \frac{m(Cl)}{M(Cl)} = \frac{47,65 \text{ г}}{35,5 \text{ г/моль}} \approx 1,342 \text{ моль}$

Соотношение количеств веществ $n(K) : n(Cl) \approx 1,342 : 1,342$, что равно $1 : 1$.

Таким образом, простейшая формула остатка — KCl (хлорид калия).

2. Найдем массы продуктов реакции. Согласно закону сохранения массы, масса исходного вещества равна сумме масс продуктов (остатка и кислорода).

Найдем количество вещества и массу выделившегося кислорода. Объем кислорода дан при нормальных условиях (н.у.), где молярный объем газа $V_m = 22,4 \text{ л/моль}$.

$n(O_2) = \frac{V(O_2)}{V_m} = \frac{6,74 \text{ л}}{22,4 \text{ л/моль}} \approx 0,3 \text{ моль}$

Молярная масса кислорода $M(O_2) = 2 \cdot 16 = 32 \text{ г/моль}$.

$m(O_2) = n(O_2) \cdot M(O_2) = 0,3 \text{ моль} \cdot 32 \text{ г/моль} = 9,6 \text{ г}$

Теперь можем найти массу остатка (KCl):

$m(\text{KCl}) = m(\text{исходного вещества}) - m(O_2) = 24,5 \text{ г} - 9,6 \text{ г} = 14,9 \text{ г}$

3. Определим формулу исходного вещества. Так как при прокаливании вещества образовались KCl и $O_2$, исходное вещество состояло из атомов калия, хлора и кислорода. Обозначим его формулу как $K_xCl_yO_z$.

Найдем количество вещества каждого элемента в исходном образце массой 24,5 г.

Молярная масса хлорида калия $M(KCl) = 39 + 35,5 = 74,5 \text{ г/моль}$.

Количество вещества KCl в остатке:

$n(KCl) = \frac{m(KCl)}{M(KCl)} = \frac{14,9 \text{ г}}{74,5 \text{ г/моль}} \approx 0,2 \text{ моль}$

Из этого следует, что в исходном веществе содержалось:

$n(K) = n(KCl) = 0,2 \text{ моль}$

$n(Cl) = n(KCl) = 0,2 \text{ моль}$

Количество вещества атомарного кислорода в исходном веществе равно количеству атомов кислорода в выделившемся газе $O_2$:

$n(O) = 2 \cdot n(O_2) = 2 \cdot 0,3 \text{ моль} = 0,6 \text{ моль}$

4. Найдем соотношение индексов $x, y, z$ в формуле $K_xCl_yO_z$, которое равно соотношению молей элементов:

$x : y : z = n(K) : n(Cl) : n(O) = 0,2 : 0,2 : 0,6$

Для получения целочисленного соотношения разделим все значения на наименьшее (0,2):

$x : y : z = \frac{0,2}{0,2} : \frac{0,2}{0,2} : \frac{0,6}{0,2} = 1 : 1 : 3$

Следовательно, формула исходного вещества — $KClO_3$ (хлорат калия).

Проверка: Уравнение реакции разложения хлората калия: $2KClO_3 \rightarrow 2KCl + 3O_2$. Молярная масса $KClO_3 = 39 + 35,5 + 3 \cdot 16 = 122,5 \text{ г/моль}$. Количество вещества $n(KClO_3) = \frac{24,5 \text{ г}}{122,5 \text{ г/моль}} = 0,2 \text{ моль}$. По уравнению, из 0,2 моль $KClO_3$ образуется 0,2 моль KCl и 0,3 моль $O_2$. Объем кислорода $V(O_2) = 0,3 \text{ моль} \cdot 22,4 \text{ л/моль} = 6,72 \text{ л}$, что практически совпадает с данными задачи (6,74 л).

Ответ: Формула исходного вещества — $KClO_3$.