Страница 97 - гдз по химии 7 класс учебник Габриелян, Остроумов

1. Запишите формулы оксидов железа и меди, т. е. бинарных соединений с кислородом. Данные о валентностях элементов приведены в параграфе.

Решение

Оксиды — это бинарные соединения, состоящие из двух элементов, один из которых — кислород. Валентность кислорода в оксидах постоянна и равна II. Железо (Fe) и медь (Cu) являются металлами с переменной валентностью, поэтому они образуют несколько оксидов. Для составления формулы используется правило наименьшего общего кратного (НОК) для валентностей элементов: индексы в формуле определяются делением НОК на валентность соответствующего элемента.

Оксиды железа (Fe)
Железо проявляет наиболее распространенные валентности II и III.
- Оксид железа(II). Валентность железа $Fe$ — II, валентность кислорода $O$ — II. НОК(2, 2) = 2. Индексы атомов: для $Fe$ $2 \div 2 = 1$; для $O$ $2 \div 2 = 1$. Формула: $FeO$.
- Оксид железа(III). Валентность железа $Fe$ — III, валентность кислорода $O$ — II. НОК(3, 2) = 6. Индексы атомов: для $Fe$ $6 \div 3 = 2$; для $O$ $6 \div 2 = 3$. Формула: $Fe_2O_3$.

Оксиды меди (Cu)
Медь проявляет наиболее распространенные валентности I и II.
- Оксид меди(I). Валентность меди $Cu$ — I, валентность кислорода $O$ — II. НОК(1, 2) = 2. Индексы атомов: для $Cu$ $2 \div 1 = 2$; для $O$ $2 \div 2 = 1$. Формула: $Cu_2O$.
- Оксид меди(II). Валентность меди $Cu$ — II, валентность кислорода $O$ — II. НОК(2, 2) = 2. Индексы атомов: для $Cu$ $2 \div 2 = 1$; для $O$ $2 \div 2 = 1$. Формула: $CuO$.

Ответ: Формулы оксидов железа — $FeO$, $Fe_2O_3$. Формулы оксидов меди — $Cu_2O$, $CuO$.

2. Сера образует два оксида, формулы которых $SO_2$ и $SO_3$. Какие названия имеют эти оксиды? В каком из них содержание серы выше? Ответ подтвердите расчётами.

Какие названия имеют эти оксиды?

Соединение с формулой $SO_2$ имеет название оксид серы(IV) или диоксид серы (также распространено тривиальное название — сернистый газ). В этом соединении сера проявляет степень окисления +4.

Соединение с формулой $SO_3$ имеет название оксид серы(VI) или триоксид серы (также называют серным ангидридом). В этом соединении сера проявляет степень окисления +6.

Ответ: $SO_2$ — оксид серы(IV); $SO_3$ — оксид серы(VI).

В каком из них содержание серы выше?

Чтобы определить, в каком из оксидов содержание (массовая доля) серы выше, необходимо провести расчёты.

Дано:
Оксиды: $SO_2$ и $SO_3$
Относительная атомная масса серы: $Ar(S) \approx 32$
Относительная атомная масса кислорода: $Ar(O) \approx 16$

Найти:
Массовую долю серы $\omega(S)$ в $SO_2$ и $SO_3$.

Решение:

Массовая доля элемента в сложном веществе рассчитывается по формуле:
$\omega(Э) = \frac{n \cdot Ar(Э)}{Mr(вещества)} \cdot 100\%$,
где $n$ — число атомов элемента в молекуле, $Ar(Э)$ — его относительная атомная масса, $Mr(вещества)$ — относительная молекулярная масса вещества.

1. Расчёт для оксида серы(IV) ($SO_2$):
Сначала найдём относительную молекулярную массу $SO_2$:
$Mr(SO_2) = Ar(S) + 2 \cdot Ar(O) = 32 + 2 \cdot 16 = 64$.
Теперь рассчитаем массовую долю серы:
$\omega(S \text{ в } SO_2) = \frac{Ar(S)}{Mr(SO_2)} \cdot 100\% = \frac{32}{64} \cdot 100\% = 0,5 \cdot 100\% = 50\%$.

2. Расчёт для оксида серы(VI) ($SO_3$):
Сначала найдём относительную молекулярную массу $SO_3$:
$Mr(SO_3) = Ar(S) + 3 \cdot Ar(O) = 32 + 3 \cdot 16 = 32 + 48 = 80$.
Теперь рассчитаем массовую долю серы:
$\omega(S \text{ в } SO_3) = \frac{Ar(S)}{Mr(SO_3)} \cdot 100\% = \frac{32}{80} \cdot 100\% = 0,4 \cdot 100\% = 40\%$.

3. Сравнение результатов:
$50\% (\text{в } SO_2) > 40\% (\text{в } SO_3)$.
Следовательно, массовая доля серы выше в оксиде серы(IV) ($SO_2$).

Ответ: Содержание серы выше в оксиде серы(IV) ($SO_2$), где оно составляет $50\%$, в то время как в оксиде серы(VI) ($SO_3$) её содержание равно $40\%$.

3. Рассчитайте массовую долю фосфора в оксиде фосфора(III) и оксиде фосфора(V).

Дано:

Оксид фосфора(III) - $P_2O_3$

Оксид фосфора(V) - $P_2O_5$

Относительная атомная масса фосфора $Ar(P) \approx 31$

Относительная атомная масса кислорода $Ar(O) \approx 16$

Найти:

Массовую долю фосфора в оксиде фосфора(III) - $ω(P \ в \ P_2O_3)$

Массовую долю фосфора в оксиде фосфора(V) - $ω(P \ в \ P_2O_5)$

Решение:

Массовая доля элемента в химическом соединении вычисляется по формуле:

$ω(элемента) = \frac{n \cdot Ar(элемента)}{Mr(соединения)} \cdot 100\%$

где $n$ — количество атомов элемента в формуле, $Ar$ — относительная атомная масса элемента, а $Mr$ — относительная молекулярная масса соединения.

Массовая доля фосфора в оксиде фосфора(III)

1. Химическая формула оксида фосфора(III), где фосфор проявляет валентность III, — $P_2O_3$.

2. Рассчитаем относительную молекулярную массу оксида фосфора(III):

$Mr(P_2O_3) = 2 \cdot Ar(P) + 3 \cdot Ar(O) = 2 \cdot 31 + 3 \cdot 16 = 62 + 48 = 110$.

3. Рассчитаем массовую долю фосфора в $P_2O_3$:

$ω(P \ в \ P_2O_3) = \frac{2 \cdot Ar(P)}{Mr(P_2O_3)} \cdot 100\% = \frac{2 \cdot 31}{110} \cdot 100\% = \frac{62}{110} \cdot 100\% \approx 56.36\%$.

Ответ: массовая доля фосфора в оксиде фосфора(III) составляет 56.36%.

Массовая доля фосфора в оксиде фосфора(V)

1. Химическая формула оксида фосфора(V), где фосфор проявляет валентность V, — $P_2O_5$.

2. Рассчитаем относительную молекулярную массу оксида фосфора(V):

$Mr(P_2O_5) = 2 \cdot Ar(P) + 5 \cdot Ar(O) = 2 \cdot 31 + 5 \cdot 16 = 62 + 80 = 142$.

3. Рассчитаем массовую долю фосфора в $P_2O_5$:

$ω(P \ в \ P_2O_5) = \frac{2 \cdot Ar(P)}{Mr(P_2O_5)} \cdot 100\% = \frac{2 \cdot 31}{142} \cdot 100\% = \frac{62}{142} \cdot 100\% \approx 43.66\%$.

Ответ: массовая доля фосфора в оксиде фосфора(V) составляет 43.66%.

4. Назовите вещества, формулы которых: $FeS$, $Al_2S_3$, $SCl_2$, $SCl_4$, $CO$, $CO_2$, $Na_3P$, $Ca_3P_2$.

FeS

Это бинарное ионное соединение, состоящее из катиона металла железа (Fe) и аниона неметалла серы (S). Анион серы в таких соединениях называется сульфид-ионом и имеет заряд -2 ($S^{2-}$). Поскольку железо является переходным металлом и может иметь переменную степень окисления, необходимо указать её в названии. В данном соединении для компенсации заряда сульфид-иона атом железа должен иметь степень окисления +2 ($Fe^{2+}$). Название строится как "сульфид" + название металла в родительном падеже с указанием степени окисления римскими цифрами в скобках.

Ответ: сульфид железа(II).

Al₂S₃

Это бинарное ионное соединение, состоящее из катионов металла алюминия (Al) и анионов серы (S), которые являются сульфид-ионами ($S^{2-}$). Алюминий — металл главной подгруппы III группы, и в соединениях он проявляет постоянную степень окисления +3 ($Al^{3+}$). Так как степень окисления алюминия постоянна, её не указывают в названии. Название образуется от аниона "сульфид" и катиона "алюминий".

Ответ: сульфид алюминия.

SCl₂

Это бинарное ковалентное соединение, состоящее из двух неметаллов: серы (S) и хлора (Cl). Для наименования таких соединений используются греческие приставки, указывающие на число атомов каждого элемента. Название начинается с элемента, стоящего в периодической таблице правее (в данном случае хлор), с добавлением суффикса "-ид". Так как в молекуле два атома хлора, используется приставка "ди-". Название элемента, стоящего левее (сера), ставится в именительном падеже. Приставка "моно-" для первого элемента обычно опускается.

Ответ: дихлорид серы.

SCl₄

Это бинарное ковалентное соединение, состоящее из неметаллов серы (S) и хлора (Cl). Название строится аналогично SCl₂. В молекуле содержится один атом серы и четыре атома хлора. Используется греческая приставка "тетра-" для указания четырех атомов хлора. Название элемента, стоящего левее (сера), ставится в именительном падеже.

Ответ: тетрахлорид серы.

CO

Это бинарное ковалентное соединение (оксид), состоящее из неметаллов углерода (C) и кислорода (O). Название строится с использованием греческих приставок. В молекуле один атом углерода и один атом кислорода. Для кислорода используется приставка "моно-", а для углерода приставка "моно-" опускается. Анион кислорода в оксидах имеет название "оксид".

Ответ: монооксид углерода (или оксид углерода(II)).

CO₂

Это бинарное ковалентное соединение (оксид), состоящее из неметаллов углерода (C) и кислорода (O). В молекуле один атом углерода и два атома кислорода. Для указания двух атомов кислорода используется приставка "ди-". Название элемента, стоящего левее (углерод), ставится в именительном падеже.

Ответ: диоксид углерода (или оксид углерода(IV)).

Na₃P

Это бинарное ионное соединение, состоящее из катионов металла натрия (Na) и аниона неметалла фосфора (P). Анион фосфора в таких соединениях называется фосфид-ионом и имеет заряд -3 ($P^{3-}$). Натрий — щелочной металл I группы, он всегда проявляет в соединениях степень окисления +1 ($Na^{+}$). Поскольку степень окисления натрия постоянна, её не указывают в названии. Название образуется от аниона "фосфид" и катиона "натрий".

Ответ: фосфид натрия.

Ca₃P₂

Это бинарное ионное соединение, состоящее из катионов металла кальция (Ca) и анионов фосфора (P), которые являются фосфид-ионами ($P^{3-}$). Кальций — щелочноземельный металл II группы, он всегда проявляет в соединениях степень окисления +2 ($Ca^{2+}$). Так как степень окисления кальция постоянна, её не указывают в названии. Название образуется от аниона "фосфид" и катиона "кальций".

Ответ: фосфид кальция.

5. Запишите формулы хлоридов — бинарных соединений элементов с одновалентным хлором: углерода(IV), калия, азота(III), меди(I), меди(II), железа(II), железа(III), свинца(II).

Хлориды — это бинарные соединения химических элементов с хлором. В хлоридах хлор, как правило, проявляет валентность I. Чтобы составить химическую формулу соединения, зная валентности элементов, необходимо найти наименьшее общее кратное (НОК) их валентностей. Затем, чтобы найти индексы для каждого элемента, нужно разделить НОК на валентность этого элемента. Валентность элемента указывается в скобках римскими цифрами.

углерода(IV)
Элемент — углерод (C), валентность IV. Хлор (Cl) имеет валентность I. НОК(IV, I) = 4. Индекс для углерода: 4 / IV = 1. Индекс для хлора: 4 / I = 4. Формула — $C_1Cl_4$. Индекс 1 в химических формулах не пишется.

Ответ: $CCl_4$

калия
Элемент — калий (K). Калий находится в I группе главной подгруппы периодической системы, его валентность постоянна и равна I. Валентность хлора (Cl) — I. НОК(I, I) = 1. Индексы для обоих элементов равны 1.

Ответ: $KCl$

азота(III)
Элемент — азот (N), валентность III. Валентность хлора (Cl) — I. НОК(III, I) = 3. Индекс для азота: 3 / III = 1. Индекс для хлора: 3 / I = 3.

Ответ: $NCl_3$

меди(I)
Элемент — медь (Cu), валентность I. Валентность хлора (Cl) — I. НОК(I, I) = 1. Индексы для обоих элементов равны 1.

Ответ: $CuCl$

меди(II)
Элемент — медь (Cu), валентность II. Валентность хлора (Cl) — I. НОК(II, I) = 2. Индекс для меди: 2 / II = 1. Индекс для хлора: 2 / I = 2.

Ответ: $CuCl_2$

железа(II)
Элемент — железо (Fe), валентность II. Валентность хлора (Cl) — I. НОК(II, I) = 2. Индекс для железа: 2 / II = 1. Индекс для хлора: 2 / I = 2.

Ответ: $FeCl_2$

железа(III)
Элемент — железо (Fe), валентность III. Валентность хлора (Cl) — I. НОК(III, I) = 3. Индекс для железа: 3 / III = 1. Индекс для хлора: 3 / I = 3.

Ответ: $FeCl_3$

свинца(II)
Элемент — свинец (Pb), валентность II. Валентность хлора (Cl) — I. НОК(II, I) = 2. Индекс для свинца: 2 / II = 1. Индекс для хлора: 2 / I = 2.

Ответ: $PbCl_2$

6. В 150 л смеси оксида серы(IV) с оксидом углерода(IV) объёмная доля последнего составляет 15 %. Сколько литров каждого из оксидов содержится в смеси?

Дано:

$V_{смеси} = 150$ л

$\phi(CO_2) = 15\%$

Смесь газов: оксид серы(IV) ($SO_2$) и оксид углерода(IV) ($CO_2$).

Найти:

$V(SO_2)$ - ?

$V(CO_2)$ - ?

Решение:

Объёмная доля газа в смеси ($\phi$) определяется как отношение объёма этого газа ($V_{газа}$) к общему объёму смеси ($V_{смеси}$), выраженное в процентах или долях единицы.

$\phi(газа) = \frac{V(газа)}{V_{смеси}} \cdot 100\%$

Для расчетов переведем процентную долю в десятичную дробь: $15\% = 0.15$.

1. Найдем объём оксида углерода(IV) ($CO_2$), зная его объёмную долю:

$V(CO_2) = V_{смеси} \cdot \phi(CO_2)$

$V(CO_2) = 150 \text{ л} \cdot 0.15 = 22.5 \text{ л}$

2. Общий объём смеси равен сумме объёмов её компонентов:

$V_{смеси} = V(SO_2) + V(CO_2)$

Отсюда можем найти объём оксида серы(IV) ($SO_2$):

$V(SO_2) = V_{смеси} - V(CO_2)$

$V(SO_2) = 150 \text{ л} - 22.5 \text{ л} = 127.5 \text{ л}$

Ответ: в смеси содержится 127.5 л оксида серы(IV) и 22.5 л оксида углерода(IV).

Составьте формулы соединений, состоящих из пар элементов: натрия и водорода, алюминия и фтора, бора и кислорода, кислорода и магния.

Для составления химических формул бинарных соединений (состоящих из двух элементов) используется правило, основанное на степенях окисления или валентностях элементов. Сумма степеней окисления всех атомов в молекуле должна быть равна нулю, то есть молекула должна быть электронейтральной. В формуле на первом месте пишется элемент с меньшей электроотрицательностью (обычно металл или элемент с положительной степенью окисления).

натрия и водорода

Дано:
Элементы: натрий ($Na$), водород ($H$).
Степень окисления натрия: +1.
Степень окисления водорода в соединениях с металлами (гидридах): -1.
Найти:
Химическую формулу соединения.
Решение:
Обозначим искомую формулу как $Na_xH_y$. Согласно правилу электронейтральности, сумма степеней окисления всех атомов в формульной единице должна быть равна нулю. Составим уравнение: $x \cdot (+1) + y \cdot (-1) = 0$. Простейшее целочисленное решение этого уравнения — $x=1$ и $y=1$. Таким образом, на один атом натрия приходится один атом водорода.
Формула соединения — $NaH$ (гидрид натрия).

Ответ: $NaH$.

алюминия и фтора

Дано:
Элементы: алюминий ($Al$), фтор ($F$).
Степень окисления алюминия: +3.
Степень окисления фтора (самого электроотрицательного элемента): -1.
Найти:
Химическую формулу соединения.
Решение:
Обозначим формулу как $Al_xF_y$. Составим уравнение для баланса степеней окисления: $x \cdot (+3) + y \cdot (-1) = 0$. Чтобы сумма была равна нулю, на один атом алюминия со степенью окисления +3 должно приходиться три атома фтора со степенью окисления -1. То есть, $x=1$ и $y=3$. Это можно также найти по "правилу креста": числовое значение степени окисления одного элемента становится индексом для другого. $Al^{+3}F^{-1} \rightarrow Al_1F_3$.
Формула соединения — $AlF_3$ (фторид алюминия).

Ответ: $AlF_3$.

бора и кислорода

Дано:
Элементы: бор ($B$), кислород ($O$).
Степень окисления бора: +3.
Степень окисления кислорода в оксидах: -2.
Найти:
Химическую формулу соединения.
Решение:
Обозначим формулу как $B_xO_y$. Уравнение баланса степеней окисления: $x \cdot (+3) + y \cdot (-2) = 0$. Для нахождения индексов $x$ и $y$ найдем наименьшее общее кратное (НОК) для числовых значений степеней окисления (3 и 2). НОК(3, 2) = 6. Теперь найдем индексы, разделив НОК на модуль соответствующей степени окисления: $x = 6 / 3 = 2$; $y = 6 / 2 = 3$.
Формула соединения — $B_2O_3$ (оксид бора).

Ответ: $B_2O_3$.

кислорода и магния

Дано:
Элементы: магний ($Mg$), кислород ($O$).
Степень окисления магния: +2.
Степень окисления кислорода в оксидах: -2.
Найти:
Химическую формулу соединения.
Решение:
В формуле на первом месте пишется металл — магний. Обозначим формулу как $Mg_xO_y$. Уравнение баланса: $x \cdot (+2) + y \cdot (-2) = 0$. Так как числовые значения степеней окисления равны, то для их взаимной компенсации необходимо взять одинаковое количество атомов, то есть $x=y$. Простейшее соотношение — $x=1$ и $y=1$.
Формула соединения — $MgO$ (оксид магния).

Ответ: $MgO$.

В предыдущих параграфах вы знакомились с рудами железа. Найдите минералогические названия этих руд и установите соответствие с химическими названиями основных веществ, содержащихся в них.

Железные руды — это природные минеральные образования, содержащие железо и его соединения в таком объёме, при котором промышленное извлечение железа экономически целесообразно. Ниже представлено соответствие между минералогическими названиями основных железных руд и химическими названиями содержащихся в них веществ.

Гематит (красный железняк)

Минералогическое название «гематит» соответствует руде, известной как красный железняк. Это одна из самых важных железных руд. Основным веществом в этой руде является оксид железа(III), химическая формула которого $Fe_2O_3$.

Ответ: Гематит (красный железняк) — оксид железа(III), $Fe_2O_3$.

Магнетит (магнитный железняк)

Минералогическое название «магнетит» соответствует руде, называемой магнитным железняком, из-за её сильных магнитных свойств. Эта руда является самой богатой по содержанию железа. Основное вещество в ней — это смешанный оксид железа(II,III), химическая формула которого $Fe_3O_4$. Его также можно представить как соединение оксида железа(II) и оксида железа(III): $FeO \cdot Fe_2O_3$.

Ответ: Магнетит (магнитный железняк) — оксид железа(II,III), $Fe_3O_4$.

Лимонит (бурый железняк)

Лимонит, или бурый железняк, является собирательным названием для смеси гидратированных оксидов железа(III). Основным минералом в составе лимонита часто является гётит. Химический состав бурого железняка выражается общей формулой $Fe_2O_3 \cdot nH_2O$, где $n$ может варьироваться.

Ответ: Лимонит (бурый железняк) — гидратированный оксид железа(III), $Fe_2O_3 \cdot nH_2O$.

Сидерит (шпатовый железняк)

Минералогическое название «сидерит» соответствует руде, также известной как шпатовый железняк. Основное вещество в этой руде — карбонат железа(II), имеющий химическую формулу $FeCO_3$. Эта руда содержит меньше железа по сравнению с оксидными рудами, но ценится за малое количество вредных примесей.

Ответ: Сидерит (шпатовый железняк) — карбонат железа(II), $FeCO_3$.

Пирит (серный или железный колчедан)

Минерал пирит, также известный как серный или железный колчедан, состоит из дисульфида железа(II) с формулой $FeS_2$. Несмотря на высокое содержание железа, его редко используют для получения металла из-за сложности удаления серы, которая делает сталь хрупкой. В основном пирит используется для производства серной кислоты.

Ответ: Пирит (серный колчедан) — дисульфид железа(II), $FeS_2$.

Проведите анализ названия параграфа. Попытайтесь сформулировать определение понятия «оксиды».

Анализ названия «оксиды» можно провести, обратившись к его происхождению. Слово «оксид» происходит от латинского названия кислорода — oxygenium. Корень «окс-» указывает на принадлежность к соединениям кислорода. Суффикс «-ид» в химической терминологии, как правило, используется для обозначения бинарных соединений, то есть состоящих из двух химических элементов (например, хлориды, сульфиды).

Следовательно, само название «оксид» уже содержит в себе ключевые признаки этого класса веществ: это соединение, состоящее из двух элементов, и один из этих элементов — кислород. В бинарных соединениях кислород, как один из самых электроотрицательных элементов, почти всегда проявляет степень окисления $−2$ (исключение составляют соединения с фтором).

На основании этого анализа можно сформулировать следующее определение понятия «оксиды».

Ответ: Оксиды — это сложные вещества, состоящие из двух химических элементов, одним из которых является кислород в степени окисления $−2$.