Номер 6, страница 36 - гдз по химии 11 класс учебник Кузнецова, Левкин

Вопросы и задания. Параграф 4. Периодический закон и Периодическая система в свете теории строения атома. Глава 2. Строение вещества. Периодический закон и Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева - номер 6, страница 36.

Условие.

6. Массовая доля некоторого элемента 5-го периода в его высшем оксиде составляет 43,95%. Назовите этот элемент.

Решение.

Решение 2.

Дано:

Элемент (Э) принадлежит 5-му периоду периодической системы.

Соединение — высший оксид элемента.

Массовая доля элемента в его высшем оксиде $ \omega(Э) = 43,95\% = 0,4395 $.

Найти:

Неизвестный элемент (Э).

Решение:

1. Общая формула высшего оксида элемента зависит от его группы (и, соответственно, высшей валентности $n$).

• Если валентность $n$ нечетная (1, 3, 5, 7), формула оксида — $Э_2O_n$.
• Если валентность $n$ четная (2, 4, 6, 8), формула оксида — $ЭO_{n/2}$.

2. Массовая доля элемента $ \omega(Э) $ в оксиде с общей формулой $Э_xO_y$ вычисляется по формуле: $ \omega(Э) = \frac{x \cdot Ar(Э)}{x \cdot Ar(Э) + y \cdot Ar(O)} $ где $Ar(Э)$ — атомная масса искомого элемента, $Ar(O) \approx 16$ а.е.м. — атомная масса кислорода.

3. Проанализируем условие. Массовая доля элемента составляет 43,95%, что меньше 50%. Это означает, что масса атомов элемента в молекуле оксида должна быть меньше массы атомов кислорода. $ x \cdot Ar(Э) < y \cdot Ar(O) $ $ Ar(Э) < \frac{y}{x} \cdot Ar(O) $ $ Ar(Э) < 16 \cdot \frac{y}{x} $

4. Рассмотрим все возможные высшие валентности $n$ для элементов и соответствующие им отношения $\frac{y}{x}$:

• n=1 (группа 1, 11): $Э_2O$, $\frac{y}{x} = \frac{1}{2} = 0,5$. Требуется $Ar(Э) < 16 \cdot 0,5 = 8$.
• n=2 (группа 2, 12): $ЭO$, $\frac{y}{x} = \frac{1}{1} = 1$. Требуется $Ar(Э) < 16 \cdot 1 = 16$.
• n=3 (группа 3, 13): $Э_2O_3$, $\frac{y}{x} = \frac{3}{2} = 1,5$. Требуется $Ar(Э) < 16 \cdot 1,5 = 24$.
• n=4 (группа 4, 14): $ЭO_2$, $\frac{y}{x} = \frac{2}{1} = 2$. Требуется $Ar(Э) < 16 \cdot 2 = 32$.
• n=5 (группа 5, 15): $Э_2O_5$, $\frac{y}{x} = \frac{5}{2} = 2,5$. Требуется $Ar(Э) < 16 \cdot 2,5 = 40$.
• n=6 (группа 6, 16): $ЭO_3$, $\frac{y}{x} = \frac{3}{1} = 3$. Требуется $Ar(Э) < 16 \cdot 3 = 48$.
• n=7 (группа 7, 17): $Э_2O_7$, $\frac{y}{x} = \frac{7}{2} = 3,5$. Требуется $Ar(Э) < 16 \cdot 3,5 = 56$.
• n=8 (группа 8): $ЭO_4$, $\frac{y}{x} = \frac{4}{1} = 4$. Требуется $Ar(Э) < 16 \cdot 4 = 64$.

5. Согласно условию, элемент находится в 5-м периоде. Самый легкий элемент в 5-м периоде — рубидий (Rb), его атомная масса $Ar(Rb) \approx 85,5$ а.е.м. Все остальные элементы этого периода имеют еще большую атомную массу.

6. Сравним это с нашими выводами из пункта 4. Для выполнения условия $ \omega(Э) < 50\% $ атомная масса элемента должна быть меньше 64 а.е.м. (максимальное значение для n=8). Однако все элементы 5-го периода имеют атомную массу больше 85 а.е.м.

Таким образом, возникает противоречие: для любого элемента 5-го периода в его высшем оксиде масса элемента будет больше массы кислорода, а значит, его массовая доля обязательно будет больше 50%. Данное в условии значение 43,95% не может соответствовать элементу 5-го периода.

Проверим это, выразив атомную массу элемента $Ar(Э)$ через массовую долю: $ \omega(Э) = \frac{x \cdot Ar(Э)}{x \cdot Ar(Э) + 16y} $ $ \omega(Э) \cdot (x \cdot Ar(Э) + 16y) = x \cdot Ar(Э) $ $ 16y \cdot \omega(Э) = x \cdot Ar(Э) \cdot (1 - \omega(Э)) $ $ Ar(Э) = \frac{16y \cdot \omega(Э)}{x \cdot (1 - \omega(Э))} = \frac{16 \cdot 0,4395}{1 - 0,4395} \cdot \frac{y}{x} \approx 12,55 \cdot \frac{y}{x} $ Максимальное значение отношения $\frac{y}{x}$ равно 4 (для валентности n=8). $ Ar(Э)_{max} \approx 12,55 \cdot 4 = 50,2 $ а.е.м. Это расчетное значение атомной массы (50,2 а.е.м.) значительно меньше атомной массы любого элемента 5-го периода ($Ar_{min} \approx 85,5$ а.е.м.).

Вывод: Условие задачи содержит ошибку, так как не существует элемента в 5-м периоде, который бы удовлетворял указанной массовой доле в своем высшем оксиде.

Ответ: Решение задачи в предложенных условиях невозможно из-за противоречия в данных.