Страница 106 - гдз по химии 8 класс учебник Габриелян

Решение

Для составления формул оксидов азота необходимо использовать валентности элементов. Валентность показывает, сколько химических связей может образовать атом. В оксидах валентность кислорода (O) постоянна и равна II. Валентность азота (N) указана в задании римскими цифрами в скобках. Формула составляется таким образом, чтобы произведение валентности на индекс одного элемента было равно произведению валентности на индекс другого. Наиболее простой способ — найти наименьшее общее кратное (НОК) валентностей, а затем разделить его на валентность каждого элемента, чтобы найти индексы.

Оксид азота (II)

Валентность азота (N) равна II, валентность кислорода (O) — II. Наименьшее общее кратное для валентностей 2 и 2 равно 2. Индекс для азота: $2 \div 2 = 1$. Индекс для кислорода: $2 \div 2 = 1$. Следовательно, формула соединения $NO$.

Ответ: $NO$.

Оксид азота (V)

Валентность азота (N) равна V, валентность кислорода (O) — II. НОК для валентностей 5 и 2 равно 10. Индекс для азота: $10 \div 5 = 2$. Индекс для кислорода: $10 \div 2 = 5$. Следовательно, формула соединения $N_2O_5$.

Ответ: $N_2O_5$.

Оксид азота (I)

Валентность азота (N) равна I, валентность кислорода (O) — II. НОК для валентностей 1 и 2 равно 2. Индекс для азота: $2 \div 1 = 2$. Индекс для кислорода: $2 \div 2 = 1$. Следовательно, формула соединения $N_2O$.

Ответ: $N_2O$.

Оксид азота (III)

Валентность азота (N) равна III, валентность кислорода (O) — II. НОК для валентностей 3 и 2 равно 6. Индекс для азота: $6 \div 3 = 2$. Индекс для кислорода: $6 \div 2 = 3$. Следовательно, формула соединения $N_2O_3$.

Ответ: $N_2O_3$.

Оксид азота (IV)

Валентность азота (N) равна IV, валентность кислорода (O) — II. НОК для валентностей 4 и 2 равно 4. Индекс для азота: $4 \div 4 = 1$. Индекс для кислорода: $4 \div 2 = 2$. Следовательно, формула соединения $NO_2$.

Ответ: $NO_2$.

Решение

Для определения названий бинарных соединений используется номенклатура ИЮПАК. Общий принцип: название строится из наименования более электроотрицательного элемента с суффиксом -ид (например, оксид, хлорид, сульфид) и наименования менее электроотрицательного элемента в родительном падеже. Если элемент, стоящий в формуле на первом месте, имеет переменную степень окисления (валентность), её указывают римской цифрой в скобках после названия. Для элементов с постоянной степенью окисления (например, щелочные и щелочноземельные металлы, цинк, алюминий) степень окисления в названии не указывается.

а) Дадим названия оксидам хлора. Кислород в оксидах имеет степень окисления –2. Хлор — элемент с переменной степенью окисления.

Для $Cl_2O_7$: степень окисления хлора ($x$) находится из уравнения электронейтральности молекулы: $2 \cdot x + 7 \cdot (-2) = 0$. Отсюда $2x = 14$ и $x = +7$. Название соединения — оксид хлора(VII).

Для $Cl_2O$: степень окисления хлора ($x$) определяется как $2 \cdot x + (-2) = 0$. Отсюда $2x = 2$ и $x = +1$. Название соединения — оксид хлора(I).

Для $ClO_2$: степень окисления хлора ($x$) определяется как $x + 2 \cdot (-2) = 0$. Отсюда $x = +4$. Название соединения — оксид хлора(IV).

Ответ: $Cl_2O_7$ — оксид хлора(VII); $Cl_2O$ — оксид хлора(I); $ClO_2$ — оксид хлора(IV).

б) Дадим названия хлоридам железа. Степень окисления хлора в хлоридах равна –1. Железо — металл с переменной степенью окисления.

Для $FeCl_2$: степень окисления железа ($x$) равна $x + 2 \cdot (-1) = 0$, откуда $x = +2$. Название соединения — хлорид железа(II).

Для $FeCl_3$: степень окисления железа ($x$) равна $x + 3 \cdot (-1) = 0$, откуда $x = +3$. Название соединения — хлорид железа(III).

Ответ: $FeCl_2$ — хлорид железа(II); $FeCl_3$ — хлорид железа(III).

в) Дадим названия бинарным соединениям марганца. Марганец является металлом с переменной степенью окисления.

Для $MnS$ (сульфид марганца): степень окисления серы в сульфидах –2. Степень окисления марганца ($x$) находится из уравнения $x + (-2) = 0$, откуда $x = +2$. Название — сульфид марганца(II).

Для $MnO_2$ (оксид марганца): степень окисления кислорода –2. Степень окисления марганца ($x$) находится из уравнения $x + 2 \cdot (-2) = 0$, откуда $x = +4$. Название — оксид марганца(IV).

Для $MnF_4$ (фторид марганца): степень окисления фтора –1. Степень окисления марганца ($x$) находится из уравнения $x + 4 \cdot (-1) = 0$, откуда $x = +4$. Название — фторид марганца(IV).

Для $MnO$ (оксид марганца): степень окисления кислорода –2. Степень окисления марганца ($x$) находится из уравнения $x + (-2) = 0$, откуда $x = +2$. Название — оксид марганца(II).

Для $MnCl_4$ (хлорид марганца): степень окисления хлора –1. Степень окисления марганца ($x$) находится из уравнения $x + 4 \cdot (-1) = 0$, откуда $x = +4$. Название — хлорид марганца(IV).

Ответ: $MnS$ — сульфид марганца(II); $MnO_2$ — оксид марганца(IV); $MnF_4$ — фторид марганца(IV); $MnO$ — оксид марганца(II); $MnCl_4$ — хлорид марганца(IV).

г) Дадим названия различным бинарным соединениям.

Для $Cu_2O$: это оксид меди. Медь имеет переменную степень окисления. Степень окисления кислорода –2. Для меди ($x$): $2 \cdot x + (-2) = 0$, откуда $2x=2$ и $x = +1$. Название — оксид меди(I).

Для $Mg_2Si$: это силицид магния. Магний — металл IIA группы, его степень окисления постоянна и равна +2. Указывать её в названии не требуется. Название — силицид магния.

Для $SiCl_4$: это хлорид кремния. Кремний в соединении с более электроотрицательным хлором проявляет положительную степень окисления. Степень окисления хлора –1. Для кремния ($x$): $x + 4 \cdot (-1) = 0$, откуда $x = +4$. Название — хлорид кремния(IV).

Для $Na_3N$: это нитрид натрия. Натрий — металл IA группы, его степень окисления постоянна и равна +1. Указывать её в названии не требуется. Название — нитрид натрия.

Для $FeS$: это сульфид железа. Железо имеет переменную степень окисления. Степень окисления серы в сульфидах –2. Для железа ($x$): $x + (-2) = 0$, откуда $x = +2$. Название — сульфид железа(II).

Ответ: $Cu_2O$ — оксид меди(I); $Mg_2Si$ — силицид магния; $SiCl_4$ — хлорид кремния(IV); $Na_3N$ — нитрид натрия; $FeS$ — сульфид железа(II).

а) CO₂ и CO

Вещество $CO_2$

Всевозможные названия:

• Углекислый газ (наиболее распространенное тривиальное название)
• Диоксид углерода
• Двуокись углерода
• Угольный ангидрид

Этимология:

Название «углекислый газ» является историческим и указывает на состав вещества (содержит углерод — «угле-») и его свойство образовывать при растворении в воде слабую угольную кислоту («-кислый»). Название «угольный ангидрид» подчеркивает, что это вещество является ангидридом, то есть «обезвоженной» формой угольной кислоты ($H_2CO_3$).

Два названия по международной номенклатуре:

1. Оксид углерода(IV) — название по системе Штока, где в скобках римскими цифрами указывается степень окисления углерода, равная +4.
2. Диоксид углерода — систематическое название, в котором греческая приставка «ди-» указывает на наличие двух атомов кислорода в молекуле.

Вещество $CO$

Всевозможные названия:

• Угарный газ (наиболее распространенное тривиальное название)
• Монооксид углерода
• Окись углерода

Этимология:

Название «угарный газ» происходит от слова «угар» — отравление, вызываемое продуктами неполного сгорания угля или другого топлива в замкнутом пространстве. Это название отражает высокую токсичность данного газа для живых организмов.

Два названия по международной номенклатуре:

1. Оксид углерода(II) — название по системе Штока, где в скобках указывается степень окисления углерода, равная +2.
2. Монооксид углерода — систематическое название, где греческая приставка «моно-» указывает на наличие одного атома кислорода.

Ответ: для вещества с формулой $CO_2$ два названия по международной номенклатуре — оксид углерода(IV) и диоксид углерода; для вещества с формулой $CO$ — оксид углерода(II) и монооксид углерода.

б) SO₂ и SO₃

Вещество $SO_2$

Всевозможные названия:

• Сернистый газ (наиболее распространенное тривиальное название)
• Диоксид серы
• Двуокись серы
• Сернистый ангидрид

Этимология:

Название «сернистый газ» является тривиальным. Суффикс «-ист-» в прилагательном «сернистый» исторически используется для обозначения соединений, в которых элемент (в данном случае сера) проявляет промежуточную, более низкую степень окисления (+4). Название «сернистый ангидрид» указывает на то, что это вещество является ангидридом сернистой кислоты ($H_2SO_3$).

Два названия по международной номенклатуре:

1. Оксид серы(IV) — название по системе Штока, где в скобках указывается степень окисления серы, равная +4.
2. Диоксид серы — систематическое название, в котором приставка «ди-» указывает на наличие двух атомов кислорода.

Вещество $SO_3$

Всевозможные названия:

• Серный ангидрид (наиболее распространенное тривиальное название)
• Триоксид серы
• Трёхокись серы

Этимология:

Название «серный ангидрид» является тривиальным. Суффикс «-н-» в прилагательном «серный» указывает на высшую степень окисления серы (+6) в этом соединении. Название также отражает, что $SO_3$ является ангидридом серной кислоты ($H_2SO_4$), то есть образуется при её обезвоживании.

Два названия по международной номенклатуре:

1. Оксид серы(VI) — название по системе Штока, где в скобках указывается высшая степень окисления серы, равная +6.
2. Триоксид серы — систематическое название, в котором приставка «три-» указывает на наличие трёх атомов кислорода.

Ответ: для вещества с формулой $SO_2$ два названия по международной номенклатуре — оксид серы(IV) и диоксид серы; для вещества с формулой $SO_3$ — оксид серы(VI) и триоксид серы.

4 Аммиак, формула которого в вопросе записана как $H_3N$ (хотя общепринятая запись — $NH_3$), является бинарным соединением азота и водорода. Кроме своего общепринятого (тривиального) названия "аммиак", этому веществу можно дать и другие названия, основанные на правилах международной химической номенклатуры.

Основными альтернативными названиями являются:

• Нитрид водорода. Это название строится по правилам для бинарных неорганических соединений. Название происходит от латинского названия более электроотрицательного элемента (азот — Nitrogenium) с суффиксом -ид и добавлением названия менее электроотрицательного элемента (водорода) в родительном падеже. В данном соединении степень окисления азота –3, а водорода +1. Нестандартная запись формулы $H_3N$ как раз может указывать на такое название, где водород формально ставится на первое место, как это делают для катионов в солях.
• Тригидрид азота. Это название отражает стехиометрический состав молекулы. Греческая приставка "три-" указывает на три атома водорода, а "гидрид" — на соединение с водородом. Таким образом, название точно описывает состав молекулы: один атом азота и три атома водорода.
• Азан. Это систематическое название аммиака согласно номенклатуре ИЮПАК (Международного союза теоретической и прикладной химии). Оно используется как основа для наименования более сложных органических и неорганических производных аммиака.

Ответ: Другие названия, которые можно дать аммиаку ($H_3N$), — это нитрид водорода, тригидрид азота или азан.

Дано:

Вещество: сероводород (H₂S)

Масса сероводорода: $m(\text{H}_2\text{S}) = 17 \text{ г}$

Условия: нормальные (н. у.)

$m = 17 \text{ г} = 0.017 \text{ кг}$

Найти:

$V(\text{H}_2\text{S})$ - ?

$N(\text{H}_2\text{S})$ - ?

Решение:

1. Нахождение объёма сероводорода, который он имеет при н. у.

Для начала вычислим молярную массу сероводорода ($M$). Она равна сумме атомных масс элементов, входящих в состав молекулы. Используем относительные атомные массы из Периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева: $A_r(\text{H}) = 1$ и $A_r(\text{S}) = 32$.

$M(\text{H}_2\text{S}) = 2 \cdot A_r(\text{H}) + 1 \cdot A_r(\text{S}) = 2 \cdot 1 + 32 = 34 \text{ г/моль}$

Теперь найдём количество вещества (число молей, $\nu$) сероводорода в 17 г, используя формулу:

$\nu = \frac{m}{M}$

$\nu(\text{H}_2\text{S}) = \frac{17 \text{ г}}{34 \text{ г/моль}} = 0.5 \text{ моль}$

При нормальных условиях (н. у.) один моль любого газа занимает объём $V_m = 22.4 \text{ л/моль}$ (молярный объём). Объём ($V$) можно найти, умножив количество вещества на молярный объём:

$V = \nu \cdot V_m$

$V(\text{H}_2\text{S}) = 0.5 \text{ моль} \cdot 22.4 \text{ л/моль} = 11.2 \text{ л}$

Ответ: объём сероводорода составляет 11.2 л.

2. Нахождение количества молекул, содержащихся в этом объёме.

Чтобы найти число молекул ($N$), нужно количество вещества ($\nu$) умножить на число Авогадро ($N_A = 6.02 \cdot 10^{23} \text{ моль}^{-1}$).

$N = \nu \cdot N_A$

$N(\text{H}_2\text{S}) = 0.5 \text{ моль} \cdot 6.02 \cdot 10^{23} \text{ моль}^{-1} = 3.01 \cdot 10^{23}$

Ответ: в данном объёме содержится $3.01 \cdot 10^{23}$ молекул сероводорода.

Дано:

Вещество: метан ($CH_4$)

Объём $V(CH_4) = 33,6 \text{ м}^3$

Условия: нормальные (н. у.)

Все данные уже находятся в системе СИ или являются стандартными условиями.

Найти:

1. Массу метана $m(CH_4)$ - ?

2. Число молекул метана $N(CH_4)$ - ?

Решение:

Для решения задачи необходимо сначала найти количество вещества (число молей) метана. Согласно закону Авогадро, молярный объём любого газа при нормальных условиях ($V_м$) составляет $22,4 \text{ л/моль}$, что в системе СИ равно $22,4 \cdot 10^{-3} \text{ м}^3/\text{моль}$.

Количество вещества $n$ рассчитывается по формуле:

$n = \frac{V}{V_м}$

Подставим данные в формулу:

$n(CH_4) = \frac{33,6 \text{ м}^3}{22,4 \cdot 10^{-3} \text{ м}^3/\text{моль}} = 1,5 \cdot 10^{3} \text{ моль} = 1500 \text{ моль}$

Теперь, зная количество вещества, мы можем найти массу и число молекул.

Вычислите массу метана CH₄

Масса вещества ($m$) вычисляется по формуле $m = n \cdot M$, где $M$ - молярная масса.

Молярная масса метана ($CH_4$) складывается из относительных атомных масс углерода ($Ar(C) \approx 12 \text{ а.е.м.}$) и водорода ($Ar(H) \approx 1 \text{ а.е.м.}$):

$M(CH_4) = 12 \text{ г/моль} + 4 \cdot 1 \text{ г/моль} = 16 \text{ г/моль}$

Переведём молярную массу в единицы СИ: $M(CH_4) = 0,016 \text{ кг/моль}$.

Теперь рассчитаем массу метана:

$m(CH_4) = 1500 \text{ моль} \cdot 0,016 \text{ кг/моль} = 24 \text{ кг}$

Ответ: масса метана равна 24 кг.

Определите число его молекул, содержащееся в этом объёме

Число молекул ($N$) находится по формуле $N = n \cdot N_A$, где $N_A$ - число Авогадро, равное примерно $6,02 \cdot 10^{23} \text{ моль}^{-1}$.

Используя найденное ранее количество вещества $n = 1500 \text{ моль}$:

$N(CH_4) = 1500 \text{ моль} \cdot 6,02 \cdot 10^{23} \text{ моль}^{-1} = 9030 \cdot 10^{23} = 9,03 \cdot 10^{26} \text{ молекул}$

Ответ: число молекул метана составляет $9,03 \cdot 10^{26}$.

Дано:

Молекулярные формулы веществ: $CH_4$ (метан), $CCl_4$ (тетрахлорметан), $C_2H_4$ (в условии указан как "этана", что соответствует родительному падежу от "этан", но формула для этена), $C_2H_2$ (ацетилен).

Условие: валентность углерода (C) в органических соединениях всегда равна IV.

Найти:

1. Степень окисления атомов углерода в каждом веществе.

2. Структурные формулы каждого вещества.

Решение:

Для решения задачи будем использовать следующие принципы:

1. Степень окисления: Сумма степеней окисления всех атомов в нейтральной молекуле равна нулю. Степень окисления водорода (H) в соединениях с неметаллами принимаем за +1, а хлора (Cl), как более электроотрицательного элемента, чем углерод, - за -1.

2. Структурная формула: Валентность углерода (C) равна IV, водорода (H) - I, хлора (Cl) - I. Это означает, что каждый атом углерода должен образовывать 4 ковалентные связи, а атомы водорода и хлора - по одной.

метана CH₄

Структурная формула: Атом углерода (C) четырёхвалентен, а каждый атом водорода (H) одновалентен. Следовательно, атом углерода образует четыре одинарные связи с четырьмя атомами водорода.

 H | H - C - H | H

Степень окисления: Обозначим степень окисления углерода за $x$. Степень окисления водорода +1. Составим уравнение, исходя из электронейтральности молекулы:

$x + 4 \cdot (+1) = 0$

$x + 4 = 0$

$x = -4$

Ответ: Степень окисления углерода в метане равна -4, структурная формула приведена выше.

тетрахлорметана CCl₄

Структурная формула: По аналогии с метаном, четырёхвалентный атом углерода (C) образует четыре одинарные связи с четырьмя одновалентными атомами хлора (Cl).

 Cl | Cl - C - Cl | Cl

Степень окисления: Обозначим степень окисления углерода за $x$. Степень окисления хлора -1.

$x + 4 \cdot (-1) = 0$

$x - 4 = 0$

$x = +4$

Ответ: Степень окисления углерода в тетрахлорметане равна +4, структурная формула приведена выше.

этана C₂H₄

(Примечание: формула $C_2H_4$ соответствует этену, а не этану, как можно предположить из названия "этана" в условии).

Структурная формула: В молекуле два атома углерода. Чтобы каждый из них был четырёхвалентным, они должны быть соединены двойной связью ($C=C$). Оставшиеся две валентности каждого атома углерода насыщаются двумя атомами водорода.

 H H \ / C=C / \ H H

Степень окисления: Атомы углерода в молекуле этена симметричны, поэтому их степени окисления равны. Обозначим её за $x$.

$2 \cdot x + 4 \cdot (+1) = 0$

$2x = -4$

$x = -2$

Ответ: Степень окисления каждого атома углерода в этене ($C_2H_4$) равна -2, структурная формула приведена выше.

ацетилена C₂H₂

Структурная формула: Чтобы каждый из двух атомов углерода был четырёхвалентным, имея только по одному атому водорода, они должны быть соединены тройной связью ($C \equiv C$).

 H - C ≡ C - H

Степень окисления: Атомы углерода в молекуле ацетилена равноценны. Обозначим их степень окисления за $x$.

$2 \cdot x + 2 \cdot (+1) = 0$

$2x = -2$

$x = -1$

Ответ: Степень окисления каждого атома углерода в ацетилене равна -1, структурная формула приведена выше.