Страница 73 - гдз по химии 8 класс задачник Кузнецова, Левкин

Вопросы и задания

6-1. Какой элемент в каждом случае обозначен буквой Э. Определите число протонов, нейтронов в ядре атома, число электронов в электронной оболочке:

а) $_{\text{19}}^{\text{39}}\text{Э}$

б) $_{\text{53}}^{\text{127}}\text{Э}$

в) $_{\text{27}}^{\text{59}}\text{Э}$

г) $_{\text{15}}^{\text{31}}\text{Э}$

д) $_{\text{38}}^{\text{88}}\text{Э}$

е) $_{\text{83}}^{\text{209}}\text{Э}$

ж) $_{\text{79}}^{\text{197}}\text{Э}$

з) $_{\text{57}}^{\text{139}}\text{Э}$

и) $_{\text{78}}^{\text{195}}\text{Э}$

к) $_{\text{69}}^{\text{169}}\text{Э}$

Для определения элемента, числа протонов, нейтронов и электронов воспользуемся стандартным обозначением изотопа химического элемента: $ _Z^AЭ $, где Э – символ химического элемента, Z – зарядовое число (порядковый номер в периодической системе, число протонов в ядре), A – массовое число (общее число нуклонов – протонов и нейтронов – в ядре).

Число протонов ($p^+$) равно зарядовому числу Z.

Число электронов ($e^−$) в нейтральном атоме равно числу протонов: $e^− = p^+ = Z$.

Число нейтронов ($n^0$) можно вычислить как разность между массовым числом A и числом протонов Z: $n^0 = A - Z$.

а) $ _{19}^{39}Э $

Дано:
Зарядовое число $Z = 19$
Массовое число $A = 39$

Найти:

Химический элемент Э, число протонов $p^+$, число нейтронов $n^0$, число электронов $e^−$.

Решение:

1. По порядковому номеру $Z=19$ в периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева находим элемент. Это Калий (K).
2. Число протонов равно порядковому номеру: $p^+ = Z = 19$.
3. Атом электрически нейтрален, поэтому число электронов равно числу протонов: $e^− = p^+ = 19$.
4. Число нейтронов находим по формуле: $n^0 = A - Z = 39 - 19 = 20$.

Ответ: Элемент – Калий (K), число протонов – 19, число нейтронов – 20, число электронов – 19.

б) $ _{53}^{127}Э $

Дано:
Зарядовое число $Z = 53$
Массовое число $A = 127$

Найти:

Химический элемент Э, число протонов $p^+$, число нейтронов $n^0$, число электронов $e^−$.

Решение:

1. По порядковому номеру $Z=53$ в периодической системе находим элемент. Это Йод (I).
2. Число протонов равно порядковому номеру: $p^+ = Z = 53$.
3. Число электронов в нейтральном атоме равно числу протонов: $e^− = p^+ = 53$.
4. Число нейтронов: $n^0 = A - Z = 127 - 53 = 74$.

Ответ: Элемент – Йод (I), число протонов – 53, число нейтронов – 74, число электронов – 53.

в) $ _{27}^{59}Э $

Дано:
Зарядовое число $Z = 27$
Массовое число $A = 59$

Найти:

Химический элемент Э, число протонов $p^+$, число нейтронов $n^0$, число электронов $e^−$.

Решение:

1. По порядковому номеру $Z=27$ в периодической системе находим элемент. Это Кобальт (Co).
2. Число протонов равно порядковому номеру: $p^+ = Z = 27$.
3. Число электронов в нейтральном атоме равно числу протонов: $e^− = p^+ = 27$.
4. Число нейтронов: $n^0 = A - Z = 59 - 27 = 32$.

Ответ: Элемент – Кобальт (Co), число протонов – 27, число нейтронов – 32, число электронов – 27.

г) $ _{15}^{31}Э $

Дано:
Зарядовое число $Z = 15$
Массовое число $A = 31$

Найти:

Химический элемент Э, число протонов $p^+$, число нейтронов $n^0$, число электронов $e^−$.

Решение:

1. По порядковому номеру $Z=15$ в периодической системе находим элемент. Это Фосфор (P).
2. Число протонов равно порядковому номеру: $p^+ = Z = 15$.
3. Число электронов в нейтральном атоме равно числу протонов: $e^− = p^+ = 15$.
4. Число нейтронов: $n^0 = A - Z = 31 - 15 = 16$.

Ответ: Элемент – Фосфор (P), число протонов – 15, число нейтронов – 16, число электронов – 15.

д) $ _{38}^{88}Э $

Дано:
Зарядовое число $Z = 38$
Массовое число $A = 88$

Найти:

Химический элемент Э, число протонов $p^+$, число нейтронов $n^0$, число электронов $e^−$.

Решение:

1. По порядковому номеру $Z=38$ в периодической системе находим элемент. Это Стронций (Sr).
2. Число протонов равно порядковому номеру: $p^+ = Z = 38$.
3. Число электронов в нейтральном атоме равно числу протонов: $e^− = p^+ = 38$.
4. Число нейтронов: $n^0 = A - Z = 88 - 38 = 50$.

Ответ: Элемент – Стронций (Sr), число протонов – 38, число нейтронов – 50, число электронов – 38.

е) $ _{83}^{209}Э $

Дано:
Зарядовое число $Z = 83$
Массовое число $A = 209$

Найти:

Химический элемент Э, число протонов $p^+$, число нейтронов $n^0$, число электронов $e^−$.

Решение:

1. По порядковому номеру $Z=83$ в периодической системе находим элемент. Это Висмут (Bi).
2. Число протонов равно порядковому номеру: $p^+ = Z = 83$.
3. Число электронов в нейтральном атоме равно числу протонов: $e^− = p^+ = 83$.
4. Число нейтронов: $n^0 = A - Z = 209 - 83 = 126$.

Ответ: Элемент – Висмут (Bi), число протонов – 83, число нейтронов – 126, число электронов – 83.

ж) $ _{79}^{197}Э $

Дано:
Зарядовое число $Z = 79$
Массовое число $A = 197$

Найти:

Химический элемент Э, число протонов $p^+$, число нейтронов $n^0$, число электронов $e^−$.

Решение:

1. По порядковому номеру $Z=79$ в периодической системе находим элемент. Это Золото (Au).
2. Число протонов равно порядковому номеру: $p^+ = Z = 79$.
3. Число электронов в нейтральном атоме равно числу протонов: $e^− = p^+ = 79$.
4. Число нейтронов: $n^0 = A - Z = 197 - 79 = 118$.

Ответ: Элемент – Золото (Au), число протонов – 79, число нейтронов – 118, число электронов – 79.

з) $ _{57}^{139}Э $

Дано:
Зарядовое число $Z = 57$
Массовое число $A = 139$

Найти:

Химический элемент Э, число протонов $p^+$, число нейтронов $n^0$, число электронов $e^−$.

Решение:

1. По порядковому номеру $Z=57$ в периодической системе находим элемент. Это Лантан (La).
2. Число протонов равно порядковому номеру: $p^+ = Z = 57$.
3. Число электронов в нейтральном атоме равно числу протонов: $e^− = p^+ = 57$.
4. Число нейтронов: $n^0 = A - Z = 139 - 57 = 82$.

Ответ: Элемент – Лантан (La), число протонов – 57, число нейтронов – 82, число электронов – 57.

и) $ _{78}^{195}Э $

Дано:
Зарядовое число $Z = 78$
Массовое число $A = 195$

Найти:

Химический элемент Э, число протонов $p^+$, число нейтронов $n^0$, число электронов $e^−$.

Решение:

1. По порядковому номеру $Z=78$ в периодической системе находим элемент. Это Платина (Pt).
2. Число протонов равно порядковому номеру: $p^+ = Z = 78$.
3. Число электронов в нейтральном атоме равно числу протонов: $e^− = p^+ = 78$.
4. Число нейтронов: $n^0 = A - Z = 195 - 78 = 117$.

Ответ: Элемент – Платина (Pt), число протонов – 78, число нейтронов – 117, число электронов – 78.

к) $ _{69}^{169}Э $

Дано:
Зарядовое число $Z = 69$
Массовое число $A = 169$

Найти:

Химический элемент Э, число протонов $p^+$, число нейтронов $n^0$, число электронов $e^−$.

Решение:

1. По порядковому номеру $Z=69$ в периодической системе находим элемент. Это Тулий (Tm).
2. Число протонов равно порядковому номеру: $p^+ = Z = 69$.
3. Число электронов в нейтральном атоме равно числу протонов: $e^− = p^+ = 69$.
4. Число нейтронов: $n^0 = A - Z = 169 - 69 = 100$.

Ответ: Элемент – Тулий (Tm), число протонов – 69, число нейтронов – 100, число электронов – 69.

6-2. Рассчитайте относительную атомную массу меди, если известно, что доля изотопа $^\text{63}\text{Cu}$ составляет приблизительно 69% от общего количества атомов меди, а доля изотопов $^\text{65}\text{Cu}$ – 31%.

6-2.

Дано:
Доля изотопа $^{63}\text{Cu}$, $w(^{63}\text{Cu}) = 69\%$
Доля изотопа $^{65}\text{Cu}$, $w(^{65}\text{Cu}) = 31\%$
Атомная масса изотопа $^{63}\text{Cu}$, $A_r(^{63}\text{Cu}) \approx 63$ а.е.м.
Атомная масса изотопа $^{65}\text{Cu}$, $A_r(^{65}\text{Cu}) \approx 65$ а.е.м.

Найти:

Относительную атомную массу меди, $A_r(\text{Cu})$

Решение:

Относительная атомная масса химического элемента является средневзвешенной величиной атомных масс его природных изотопов с учетом их процентного содержания (распространенности).

Для расчета относительной атомной массы ($A_r$) используется формула:
$A_r(\text{Э}) = A_r(\text{изотоп 1}) \cdot w(\text{изотоп 1}) + A_r(\text{изотоп 2}) \cdot w(\text{изотоп 2}) + \dots$
где $A_r(\text{изотоп})$ — относительная атомная масса изотопа (которую для упрощения можно принять равной его массовому числу), а $w$ — его доля (распространенность) в природной смеси, выраженная в долях от единицы.

Сначала переведем процентное содержание изотопов в доли от единицы:
$w(^{63}\text{Cu}) = 69\% / 100\% = 0.69$
$w(^{65}\text{Cu}) = 31\% / 100\% = 0.31$

Теперь подставим данные значения в формулу для расчета относительной атомной массы меди:
$A_r(\text{Cu}) = A_r(^{63}\text{Cu}) \cdot w(^{63}\text{Cu}) + A_r(^{65}\text{Cu}) \cdot w(^{65}\text{Cu})$
$A_r(\text{Cu}) = 63 \cdot 0.69 + 65 \cdot 0.31$

Выполним вычисления:
$A_r(\text{Cu}) = 43.47 + 20.15$
$A_r(\text{Cu}) = 63.62$

Ответ: относительная атомная масса меди составляет 63.62.

6-3. Рассчитайте относительную атомную массу никеля, если известно, что изотопный состав этого элемента следующий: $^{58}{Ni}$ (68,27%); $^{60}{Ni}$ (26,1%); $^{61}{Ni}$ (1,13%); $^{62}{Ni}$ (3,59%); $^{64}{Ni}$ (0,91%). Ответ выразите числом, округленным до сотых.

6-3.

Дано:

Изотопный состав никеля (Ni):

Изотоп $^{58}\text{Ni}$: массовое число $M_1 = 58$; распространенность $w_{1, \%} = 68,27\%$

Изотоп $^{60}\text{Ni}$: массовое число $M_2 = 60$; распространенность $w_{2, \%} = 26,1\%$

Изотоп $^{61}\text{Ni}$: массовое число $M_3 = 61$; распространенность $w_{3, \%} = 1,13\%$

Изотоп $^{62}\text{Ni}$: массовое число $M_4 = 62$; распространенность $w_{4, \%} = 3,59\%$

Изотоп $^{64}\text{Ni}$: массовое число $M_5 = 64$; распространенность $w_{5, \%} = 0,91\%$

Перевод процентной распространенности в дольные единицы (безразмерные величины):

$w_1 = 68,27\% / 100\% = 0,6827$

$w_2 = 26,1\% / 100\% = 0,261$

$w_3 = 1,13\% / 100\% = 0,0113$

$w_4 = 3,59\% / 100\% = 0,0359$

$w_5 = 0,91\% / 100\% = 0,0091$

Найти:

$A_r(\text{Ni})$ — относительную атомную массу никеля.

Решение:

Относительная атомная масса элемента ($A_r$) является средневзвешенным значением масс его природных изотопов с учетом их распространенности. Для расчета в качестве атомных масс изотопов используются их массовые числа.

Формула для расчета относительной атомной массы:

$A_r(\text{X}) = \sum_{i} (M_i \cdot w_i) = M_1 \cdot w_1 + M_2 \cdot w_2 + \dots + M_n \cdot w_n$

где $M_i$ — массовое число i-го изотопа, а $w_i$ — его дольная распространенность.

Подставим данные для изотопов никеля в формулу:

$A_r(\text{Ni}) = (58 \cdot 0,6827) + (60 \cdot 0,261) + (61 \cdot 0,0113) + (62 \cdot 0,0359) + (64 \cdot 0,0091)$

Выполним вычисления:

$A_r(\text{Ni}) = 39,5966 + 15,66 + 0,6893 + 2,2258 + 0,5824$

$A_r(\text{Ni}) = 58,7541$

Согласно условию задачи, результат необходимо округлить до сотых.

$A_r(\text{Ni}) \approx 58,75$

Ответ: $58,75$.

6-4. Рассчитайте среднюю относительную атомную массу магния, если изотопный состав элемента следующий: $^{\text{24}}\text{Mg (79\%)}; ^{\text{25}}\text{Mg (10\%)}; ^{\text{26}}\text{Mg (11\%)}$. Ответ выразите с точностью до десятых.

Дано:
Изотопный состав магния:
Массовое число первого изотопа $A_1({}^{24}\text{Mg}) = 24$
Распространенность первого изотопа $\omega_1 = 79\%$
Массовое число второго изотопа $A_2({}^{25}\text{Mg}) = 25$
Распространенность второго изотопа $\omega_2 = 10\%$
Массовое число третьего изотопа $A_3({}^{26}\text{Mg}) = 26$
Распространенность третьего изотопа $\omega_3 = 11\%$

Найти:

Среднюю относительную атомную массу магния - $A_r(\text{Mg})$

Решение:

Средняя относительная атомная масса элемента представляет собой средневзвешенное значение атомных масс его природных изотопов с учетом их распространенности. Атомные массы изотопов можно принять приблизительно равными их массовым числам.

Формула для расчета средней относительной атомной массы ($A_r$) элемента: $A_r = A_1 \cdot x_1 + A_2 \cdot x_2 + \dots + A_n \cdot x_n$,
где $A_i$ — массовое число i-го изотопа, а $x_i$ — его мольная доля (распространенность в долях от единицы).

Переведем процентное содержание каждого изотопа в доли: $x_1({}^{24}\text{Mg}) = \frac{79\%}{100\%} = 0,79$
$x_2({}^{25}\text{Mg}) = \frac{10\%}{100\%} = 0,10$
$x_3({}^{26}\text{Mg}) = \frac{11\%}{100\%} = 0,11$

Подставим значения в формулу и рассчитаем среднюю относительную атомную массу магния: $A_r(\text{Mg}) = 24 \cdot 0,79 + 25 \cdot 0,10 + 26 \cdot 0,11$
$A_r(\text{Mg}) = 18,96 + 2,50 + 2,86$
$A_r(\text{Mg}) = 24,32$

Согласно условию задачи, ответ необходимо выразить с точностью до десятых. Округляем полученное значение: $24,32 \approx 24,3$

Ответ: 24,3.

6-5. Определите доли изотопов сурьмы от общего количества атомов сурьмы, если известно, что она встречается в природе в виде двух изотопов: $^{121}$Sb и $^{123}$Sb. Относительную атомную массу сурьмы принять равной 121,8.

Дано:

Изотоп 1: $^{121}\text{Sb}$ с относительной атомной массой $A_{r1} \approx 121$
Изотоп 2: $^{123}\text{Sb}$ с относительной атомной массой $A_{r2} \approx 123$
Средняя относительная атомная масса сурьмы: $A_r(\text{Sb}) = 121,8$

Найти:

Долю изотопа $^{121}\text{Sb}$ - $x_1$
Долю изотопа $^{123}\text{Sb}$ - $x_2$

Решение:

Средняя относительная атомная масса химического элемента является средневзвешенной величиной из масс его природных изотопов с учетом их распространенности (долей).

Пусть доля (распространенность) изотопа $^{121}\text{Sb}$ равна $x$. Поскольку сурьма встречается в природе только в виде двух изотопов, сумма их долей равна 1 (или 100%). Следовательно, доля изотопа $^{123}\text{Sb}$ будет равна $(1 - x)$.

Средняя относительная атомная масса ($A_r$) вычисляется по формуле:

$A_r(\text{Sb}) = A_{r1} \cdot x + A_{r2} \cdot (1 - x)$

В качестве относительных атомных масс изотопов ($A_{r1}$ и $A_{r2}$) с достаточной точностью можно принять их массовые числа, то есть 121 и 123 соответственно.

Подставим все известные значения в формулу:

$121,8 = 121 \cdot x + 123 \cdot (1 - x)$

Решим полученное уравнение относительно $x$:

$121,8 = 121x + 123 - 123x$

$121,8 - 123 = 121x - 123x$

$-1,2 = -2x$

$x = \frac{-1,2}{-2} = 0,6$

Таким образом, доля изотопа $^{121}\text{Sb}$ составляет 0,6. В процентах это $0,6 \cdot 100\% = 60\%$.

Доля изотопа $^{123}\text{Sb}$ равна:

$1 - x = 1 - 0,6 = 0,4$

В процентах это $0,4 \cdot 100\% = 40\%$.

Ответ: доля изотопа $^{121}\text{Sb}$ составляет 60%, а доля изотопа $^{123}\text{Sb}$ – 40%.

6-6. Определите доли изотопов бора от общего количества атомов бора, если известно, что бор встречается в природе в виде изотопов $^\text{10}\text{B}$ и $^\text{11}\text{B}$. Относительную атомную массу бора принять равной 10,8.

Дано:

Относительная атомная масса бора: $A_r(\text{B}) = 10,8$.
Изотопы бора: $^{10}\text{B}$ и $^{11}\text{B}$.
Массовые числа изотопов (приблизительно равны их атомным массам): $A_1 = 10$ а.е.м. и $A_2 = 11$ а.е.м.
(Примечание: Относительная атомная масса и массовые числа являются безразмерными величинами или выражаются в атомных единицах массы, поэтому перевод в систему СИ не требуется).

Найти:

Доли изотопов $^{10}\text{B}$ ($x_1$) и $^{11}\text{B}$ ($x_2$) от общего количества атомов бора.

Решение:

Относительная атомная масса химического элемента представляет собой средневзвешенное значение атомных масс его природных изотопов с учетом их долевого содержания (распространенности).

Обозначим долю изотопа $^{10}\text{B}$ как $x_1$, а долю изотопа $^{11}\text{B}$ как $x_2$. Атомные массы изотопов будем считать равными их массовым числам, то есть 10 и 11.

Сумма долей всех изотопов элемента равна единице (или 100%). На основании этого можно составить первое уравнение: $$x_1 + x_2 = 1$$

Средняя относительная атомная масса ($A_r$) вычисляется по формуле: $$A_r(\text{B}) = A_1 \cdot x_1 + A_2 \cdot x_2$$ Подставив известные значения, получим второе уравнение: $$10,8 = 10 \cdot x_1 + 11 \cdot x_2$$

Таким образом, мы имеем систему из двух линейных уравнений с двумя неизвестными: $$ \begin{cases} x_1 + x_2 = 1 \\ 10x_1 + 11x_2 = 10,8 \end{cases} $$

Для решения системы выразим $x_1$ из первого уравнения: $$x_1 = 1 - x_2$$ Теперь подставим это выражение во второе уравнение: $$10 \cdot (1 - x_2) + 11 \cdot x_2 = 10,8$$ Раскроем скобки и решим полученное уравнение относительно $x_2$: $$10 - 10x_2 + 11x_2 = 10,8$$ $$x_2 = 10,8 - 10$$ $$x_2 = 0,8$$

Теперь, зная значение $x_2$, найдем $x_1$: $$x_1 = 1 - x_2 = 1 - 0,8 = 0,2$$

Следовательно, доля изотопа $^{10}\text{B}$ в природной смеси составляет 0,2 (или 20%), а доля изотопа $^{11}\text{B}$ — 0,8 (или 80%).

Ответ: доля изотопа $^{10}\text{B}$ составляет 0,2 (20%), а доля изотопа $^{11}\text{B}$ — 0,8 (80%).

6-7. Рассчитайте доли изотопов серебра, если известно, что этот элемент распространен в природе в виде двух изотопов с массовыми числами 107 и 109. Относительную атомную массу серебра принять равной 107,9.

Дано:

Массовое число первого изотопа серебра, $A_1 = 107$

Массовое число второго изотопа серебра, $A_2 = 109$

Относительная атомная масса серебра, $A_r(\text{Ag}) = 107.9$

Все величины являются безразмерными, перевод в систему СИ не требуется.

Найти:

Доли изотопов $^{107}\text{Ag}$ и $^{109}\text{Ag}$

Решение:

Относительная атомная масса элемента — это средневзвешенное значение атомных масс его природных изотопов, с учетом их процентного содержания (распространенности).

Обозначим долю (распространенность) изотопа $^{107}\text{Ag}$ через $x_1$, а долю изотопа $^{109}\text{Ag}$ через $x_2$.

Сумма долей всех изотопов одного элемента равна 1 (или 100%). Для серебра имеем:

$x_1 + x_2 = 1$

Из этого соотношения можно выразить долю одного изотопа через другой:

$x_2 = 1 - x_1$

Формула для расчета относительной атомной массы элемента выглядит следующим образом:

$A_r(\text{Ag}) = A_1 \cdot x_1 + A_2 \cdot x_2$

Подставим в эту формулу известные значения и выражение для $x_2$:

$107.9 = 107 \cdot x_1 + 109 \cdot (1 - x_1)$

Теперь решим полученное уравнение относительно $x_1$:

$107.9 = 107x_1 + 109 - 109x_1$

$107.9 = 109 - 2x_1$

$2x_1 = 109 - 107.9$

$2x_1 = 1.1$

$x_1 = \frac{1.1}{2} = 0.55$

Таким образом, доля изотопа $^{107}\text{Ag}$ составляет 0.55. Чтобы выразить это в процентах, умножим на 100:

$0.55 \cdot 100\% = 55\%$

Теперь найдем долю второго изотопа, $^{109}\text{Ag}$:

$x_2 = 1 - x_1 = 1 - 0.55 = 0.45$

В процентах доля изотопа $^{109}\text{Ag}$ составит:

$0.45 \cdot 100\% = 45\%$

Для проверки подставим найденные доли в исходную формулу:

$107 \cdot 0.55 + 109 \cdot 0.45 = 58.85 + 49.05 = 107.9$

Полученное значение совпадает с относительной атомной массой серебра, приведенной в условии, значит, задача решена верно.

Ответ: доля изотопа $^{107}\text{Ag}$ составляет 55%, а доля изотопа $^{109}\text{Ag}$ — 45%.

6-8. Сколько различных видов молекул воды можно получить из изотопов водорода $^1\text{H}$, $^2\text{H}$, $^3\text{H}$ и изотопа кислорода $^{16}\text{O}$? Запишите формулы с различными комбинациями изотопов.

Решение

Молекула воды имеет химическую формулу $H_2O$ и состоит из одного атома кислорода и двух атомов водорода. Согласно условию задачи, атом кислорода представлен только одним изотопом, $^{16}O$, а водород — тремя изотопами: протий (${}^1H$), дейтерий (${}^2H$) и тритий (${}^3H$). Различные виды молекул воды будут отличаться изотопным составом атомов водорода.

Чтобы найти все возможные виды молекул, необходимо рассмотреть все комбинации двух атомов водорода, которые могут быть образованы из трех доступных изотопов.

Возможны два основных случая:

1. Оба атома водорода в молекуле одинаковы. Это дает нам три варианта, так как у нас есть три изотопа водорода:
- Молекула, содержащая два атома протия: ${}^1H_2{}^{16}O$
- Молекула, содержащая два атома дейтерия: ${}^2H_2{}^{16}O$
- Молекула, содержащая два атома трития: ${}^3H_2{}^{16}O$

2. Атомы водорода в молекуле разные. В этом случае мы можем составить три различные пары изотопов:
- Молекула, содержащая один атом протия и один атом дейтерия: ${}^1H{}^2H{}^{16}O$
- Молекула, содержащая один атом протия и один атом трития: ${}^1H{}^3H{}^{16}O$
- Молекула, содержащая один атом дейтерия и один атом трития: ${}^2H{}^3H{}^{16}O$

Суммируя количество видов молекул из обоих случаев, получаем общее число различных видов молекул воды: $3 + 3 = 6$.

Ответ: Можно получить 6 различных видов молекул воды. Формулы этих молекул: ${}^1H_2{}^{16}O$, ${}^2H_2{}^{16}O$, ${}^3H_2{}^{16}O$, ${}^1H{}^2H{}^{16}O$, ${}^1H{}^3H{}^{16}O$, ${}^2H{}^3H{}^{16}O$.

6-9. Сколько различных молекул оксида азота(I) и оксида азота(IV) можно получить из изотопов азота ${}^{14}\text{N}$ и ${}^{15}\text{N}$ и изотопов кислорода ${}^{16}\text{O}$ и ${}^{18}\text{O}$? Запишите формулы с различными комбинациями изотопов.

Для решения этой задачи необходимо определить все возможные комбинации изотопов для молекул оксида азота(I) ($N_2O$) и оксида азота(IV) ($NO_2$). Различными считаются молекулы, отличающиеся по изотопному составу (изотопологи).

Оксид азота(I)

Химическая формула оксида азота(I) — $N_2O$. Молекула состоит из двух атомов азота и одного атома кислорода. В задаче даны два изотопа азота ($^{14}\text{N}$ и $^{15}\text{N}$) и два изотопа кислорода ($^{16}\text{O}$ и $^{18}\text{O}$).

Сначала рассмотрим возможные комбинации для двух атомов азота. Поскольку мы ищем различные по составу молекулы, мы должны найти все уникальные сочетания изотопов азота. Возможны следующие комбинации:

• Оба атома — $^{14}\text{N}$ (группа $^{14}\text{N}_2$).
• Оба атома — $^{15}\text{N}$ (группа $^{15}\text{N}_2$).
• Один атом — $^{14}\text{N}$, другой — $^{15}\text{N}$ (группа $^{14}\text{N}^{15}\text{N}$).

Таким образом, существует 3 различных варианта для азотной части молекулы.

Атом кислорода может быть представлен одним из двух изотопов: $^{16}\text{O}$ или $^{18}\text{O}$. Это дает 2 варианта.

Общее количество различных молекул $N_2O$ получается путем перемножения числа вариантов для азотной части на число вариантов для кислородной части: $3 \times 2 = 6$.

Формулы всех возможных молекул:

1. $^{14}\text{N}_2^{16}\text{O}$
2. $^{14}\text{N}_2^{18}\text{O}$
3. $^{15}\text{N}_2^{16}\text{O}$
4. $^{15}\text{N}_2^{18}\text{O}$
5. $^{14}\text{N}^{15}\text{N}^{16}\text{O}$
6. $^{14}\text{N}^{15}\text{N}^{18}\text{O}$

Ответ: Можно получить 6 различных молекул оксида азота(I): $^{14}\text{N}_2^{16}\text{O}$, $^{14}\text{N}_2^{18}\text{O}$, $^{15}\text{N}_2^{16}\text{O}$, $^{15}\text{N}_2^{18}\text{O}$, $^{14}\text{N}^{15}\text{N}^{16}\text{O}$, $^{14}\text{N}^{15}\text{N}^{18}\text{O}$.

Оксид азота(IV)

Химическая формула оксида азота(IV) — $NO_2$. Молекула состоит из одного атома азота и двух атомов кислорода.

Атом азота может быть одним из двух изотопов: $^{14}\text{N}$ или $^{15}\text{N}$. Это дает 2 варианта.

Далее рассмотрим возможные комбинации для двух атомов кислорода из изотопов $^{16}\text{O}$ и $^{18}\text{O}$. Так как оба атома кислорода в молекуле $NO_2$ химически эквивалентны, существуют 3 уникальные комбинации:

• Оба атома — $^{16}\text{O}$ (группа $^{16}\text{O}_2$).
• Оба атома — $^{18}\text{O}$ (группа $^{18}\text{O}_2$).
• Один атом — $^{16}\text{O}$, другой — $^{18}\text{O}$ (группа $^{16}\text{O}^{18}\text{O}$).

Таким образом, существует 3 различных варианта для кислородной части молекулы.

Общее количество различных молекул $NO_2$ получается путем перемножения числа вариантов для атома азота на число комбинаций для кислородной части: $2 \times 3 = 6$.

Формулы всех возможных молекул:

1. $^{14}\text{N}^{16}\text{O}_2$
2. $^{14}\text{N}^{18}\text{O}_2$
3. $^{14}\text{N}^{16}\text{O}^{18}\text{O}$
4. $^{15}\text{N}^{16}\text{O}_2$
5. $^{15}\text{N}^{18}\text{O}_2$
6. $^{15}\text{N}^{16}\text{O}^{18}\text{O}$

Ответ: Можно получить 6 различных молекул оксида азота(IV): $^{14}\text{N}^{16}\text{O}_2$, $^{14}\text{N}^{18}\text{O}_2$, $^{14}\text{N}^{16}\text{O}^{18}\text{O}$, $^{15}\text{N}^{16}\text{O}_2$, $^{15}\text{N}^{18}\text{O}_2$, $^{15}\text{N}^{16}\text{O}^{18}\text{O}$.