Страница 56 - гдз по химии 8 класс учебник Рудзитис, Фельдман

5*. Железо содержится в гемоглобине крови, который отвечает за насыщение тканей и органов кислородом. Гемоглобин — это сложная белковая молекула, основной частью которой служит гем $C_{34}H_{32}O_4N_4Fe$. Когда кровь проходит через лёгкие, к атому железа, входящему в состав гема, присоединяется кислород и далее транспортируется в клетки.

Вычислите относительную молекулярную массу гема и массовую долю железа в нём.

Дано:

Формула гема: $C_{34}H_{32}O_4N_4Fe$

Найти:

1. Относительную молекулярную массу гема - $Mr(C_{34}H_{32}O_4N_4Fe)$

2. Массовую долю железа в геме - $\omega(Fe)$

Решение:

Для расчетов будем использовать округленные значения относительных атомных масс ($Ar$) химических элементов из Периодической системы Д. И. Менделеева:

$Ar(C) = 12$

$Ar(H) = 1$

$Ar(O) = 16$

$Ar(N) = 14$

$Ar(Fe) = 56$

Вычисление относительной молекулярной массы гема

Относительная молекулярная масса вещества равна сумме произведений относительных атомных масс элементов на число их атомов в молекуле. Формула для расчета относительной молекулярной массы гема:

$Mr(C_{34}H_{32}O_4N_4Fe) = 34 \cdot Ar(C) + 32 \cdot Ar(H) + 4 \cdot Ar(O) + 4 \cdot Ar(N) + 1 \cdot Ar(Fe)$

Подставим значения относительных атомных масс в формулу:

$Mr(C_{34}H_{32}O_4N_4Fe) = 34 \cdot 12 + 32 \cdot 1 + 4 \cdot 16 + 4 \cdot 14 + 1 \cdot 56$

$Mr(C_{34}H_{32}O_4N_4Fe) = 408 + 32 + 64 + 56 + 56 = 616$

Ответ: относительная молекулярная масса гема равна 616.

Вычисление массовой доли железа в нём

Массовая доля элемента в веществе вычисляется по формуле:

$\omega(Э) = \frac{n \cdot Ar(Э)}{Mr(вещества)} \cdot 100\%$

где $n$ — число атомов элемента в молекуле.

В молекуле гема содержится один атом железа ($n = 1$). Подставим известные значения в формулу, используя вычисленную ранее относительную молекулярную массу гема:

$\omega(Fe) = \frac{1 \cdot Ar(Fe)}{Mr(C_{34}H_{32}O_4N_4Fe)} \cdot 100\%$

$\omega(Fe) = \frac{1 \cdot 56}{616} \cdot 100\% \approx 0.090909... \cdot 100\% \approx 9.09\%$

Ответ: массовая доля железа в геме составляет 9,09%.

6. Водород соединяется с серой в массовых отношениях 1 : 16. Используя данные об относительных атомных массах этих элементов, выведите химическую формулу сероводорода.

Дано:
Массовое отношение водорода к сере: $m(\text{H}) : m(\text{S}) = 1 : 16$
Относительная атомная масса водорода: $A_r(\text{H}) = 1$
Относительная атомная масса серы: $A_r(\text{S}) = 32$

Найти:
Химическую формулу сероводорода ($\text{H}_x\text{S}_y$)

Решение:
Для вывода химической формулы вещества необходимо найти соотношение числа атомов каждого элемента в его молекуле. Это соотношение (обозначенное индексами $x$ и $y$) равно соотношению количеств веществ (в молях) данных элементов.

Количество вещества ($n$) связано с массой ($m$) и молярной массой ($M$) соотношением $n = m/M$. Молярная масса элемента (в г/моль) численно равна его относительной атомной массе ($A_r$).

Найдем соотношение количеств вещества водорода и серы:

$x : y = n(\text{H}) : n(\text{S}) = \frac{m(\text{H})}{A_r(\text{H})} : \frac{m(\text{S})}{A_r(\text{S})}$

Подставим в это соотношение данные из условия задачи:

$x : y = \frac{1}{1} : \frac{16}{32}$

Упростим полученные значения:

$x : y = 1 : 0.5$

Поскольку индексы в химической формуле должны быть целыми числами, приведем полученное соотношение к наименьшим целым числам. Для этого умножим обе части соотношения на 2:

$x : y = (1 \times 2) : (0.5 \times 2) = 2 : 1$

Таким образом, в молекуле сероводорода на 2 атома водорода приходится 1 атом серы. Химическая формула соединения - $\text{H}_2\text{S}$.

Ответ: $\text{H}_2\text{S}$.

7. Применяя сведения об относительных атомных массах химических элементов, составьте химическую формулу сульфата меди, если массовые отношения в нём меди, серы и кислорода соответственно равны $2 : 1 : 2$.

Дано:

Массовое отношение элементов в сульфате меди: $m(Cu) : m(S) : m(O) = 2 : 1 : 2$.
Относительные атомные массы (из Периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, округленные до целых чисел):
$Ar(Cu) = 64$
$Ar(S) = 32$
$Ar(O) = 16$

Найти:

Химическую формулу сульфата меди: $Cu_xS_yO_z$.

Решение:

Для определения химической формулы вещества необходимо найти соотношение числа атомов каждого элемента в его молекуле. Это соотношение выражается целыми числами $x, y, z$. Соотношение числа атомов в соединении равно соотношению количеств вещества (числа молей) этих элементов: $x : y : z = n(Cu) : n(S) : n(O)$

Количество вещества ($n$) каждого элемента можно найти, разделив его массовую долю (или условную массу из соотношения) на его относительную атомную массу ($Ar$): $n = \frac{m}{Ar}$

Подставим данные из условия в формулу для соотношения: $x : y : z = \frac{m(Cu)}{Ar(Cu)} : \frac{m(S)}{Ar(S)} : \frac{m(O)}{Ar(O)}$ $x : y : z = \frac{2}{64} : \frac{1}{32} : \frac{2}{16}$

Упростим полученные дроби: $x : y : z = \frac{1}{32} : \frac{1}{32} : \frac{1}{8}$

Чтобы получить соотношение наименьших целых чисел, разделим все члены отношения на наименьшее из них (в данном случае $\frac{1}{32}$): $x : y : z = \frac{1/32}{1/32} : \frac{1/32}{1/32} : \frac{1/8}{1/32}$ $x : y : z = 1 : 1 : \frac{1}{8} \cdot 32$ $x : y : z = 1 : 1 : 4$

Таким образом, индексы в формуле равны: $x=1, y=1, z=4$. Следовательно, простейшая химическая формула сульфата меди — $Cu_1S_1O_4$, что записывается как $CuSO_4$.

Ответ: Химическая формула сульфата меди – $CuSO_4$.

8. Выведите простейшую формулу соединения, в котором массовая доля натрия равна 32,4%, серы – 22,5%, кислорода – 45,1%.

Дано:

Массовая доля натрия: $ω(Na) = 32,4\%$
Массовая доля серы: $ω(S) = 22,5\%$
Массовая доля кислорода: $ω(O) = 45,1\%$

Найти:

Простейшую формулу соединения: $Na_xS_yO_z$

Решение:

Простейшая (эмпирическая) формула показывает соотношение атомов элементов в веществе. Чтобы ее найти, необходимо найти соотношение количеств вещества (числа молей) каждого элемента в соединении.

1. Представим, что у нас есть образец соединения массой 100 г. Тогда массы элементов в этом образце будут численно равны их массовым долям в процентах:
$m(Na) = 32,4 \text{ г}$
$m(S) = 22,5 \text{ г}$
$m(O) = 45,1 \text{ г}$

2. Найдем молярные массы элементов по периодической таблице Д.И. Менделеева:
$M(Na) \approx 23 \text{ г/моль}$
$M(S) \approx 32 \text{ г/моль}$
$M(O) \approx 16 \text{ г/моль}$

3. Рассчитаем количество вещества (ν) для каждого элемента по формуле $ν = \frac{m}{M}$:
$ν(Na) = \frac{32,4 \text{ г}}{23 \text{ г/моль}} \approx 1,409 \text{ моль}$
$ν(S) = \frac{22,5 \text{ г}}{32 \text{ г/моль}} \approx 0,703 \text{ моль}$
$ν(O) = \frac{45,1 \text{ г}}{16 \text{ г/моль}} \approx 2,819 \text{ моль}$

4. Соотношение индексов в формуле ($x:y:z$) равно соотношению количеств вещества элементов:
$x : y : z = ν(Na) : ν(S) : ν(O)$
$x : y : z \approx 1,409 : 0,703 : 2,819$

5. Чтобы найти целочисленное соотношение, разделим все значения на наименьшее из них (в данном случае, на $0,703$):
$x = \frac{1,409}{0,703} \approx 2$
$y = \frac{0,703}{0,703} = 1$
$z = \frac{2,819}{0,703} \approx 4$

Таким образом, мы получили соотношение атомов $Na:S:O = 2:1:4$.

Простейшая формула соединения — $Na_2SO_4$ (сульфат натрия).

Ответ: $Na_2SO_4$.

9. Смешали 14 г порошкообразного железа с 14 г порошкообразной серы. Смесь нагрели. Найдите массу сульфида железа, если известно, что Fe и S в данном случае соединяются в массовых отношениях 7 : 4.

Дано:

Масса порошкообразного железа $m(\text{Fe}) = 14 \text{ г}$
Масса порошкообразной серы $m(\text{S}) = 14 \text{ г}$
Массовое соотношение реагентов $m(\text{Fe}) : m(\text{S}) = 7 : 4$

В системе СИ:
$m(\text{Fe}) = 0.014 \text{ кг}$
$m(\text{S}) = 0.014 \text{ кг}$

Найти:

Массу сульфида железа $m(\text{FeS})$ — ?

Решение:

При нагревании железо вступает в реакцию с серой с образованием сульфида железа. Уравнение реакции:
$\text{Fe} + \text{S} \xrightarrow{t^\circ} \text{FeS}$

По условию задачи известно, что железо и сера соединяются в массовом отношении $7 : 4$. Это означает, что для реакции требуется 7 массовых частей железа на 4 массовые части серы.

В наличии имеется 14 г железа и 14 г серы. Необходимо определить, какое из веществ находится в избытке, а какое прореагирует полностью и, следовательно, является лимитирующим реагентом.

Рассчитаем, какая масса серы потребуется для полной реакции с 14 г железа. Составим пропорцию, используя заданное соотношение масс:

$\frac{m(\text{Fe})}{m(\text{S})} = \frac{7}{4}$

Подставим известную массу железа:

$\frac{14 \text{ г}}{m_{\text{реаг.}}(\text{S})} = \frac{7}{4}$

Отсюда масса серы, необходимая для реакции, составляет:

$m_{\text{реаг.}}(\text{S}) = \frac{14 \text{ г} \times 4}{7} = 2 \text{ г} \times 4 = 8 \text{ г}$

В наличии имеется 14 г серы, что больше, чем требуемые 8 г. Следовательно, сера находится в избытке, а железо является лимитирующим реагентом и прореагирует полностью.

Масса непрореагировавшей (избыточной) серы составит:

$m_{\text{изб.}}(\text{S}) = m_{\text{исх.}}(\text{S}) - m_{\text{реаг.}}(\text{S}) = 14 \text{ г} - 8 \text{ г} = 6 \text{ г}$

Согласно закону сохранения массы, масса продукта реакции (сульфида железа) равна сумме масс вступивших в реакцию реагентов:

$m(\text{FeS}) = m_{\text{реаг.}}(\text{Fe}) + m_{\text{реаг.}}(\text{S})$

$m(\text{FeS}) = 14 \text{ г} + 8 \text{ г} = 22 \text{ г}$

Ответ: масса образовавшегося сульфида железа составляет 22 г.

1. Установите соответствие между химической формулой и массовым соотношением химических элементов, входящих в состав этой формулы.

1) $MgO$

2) $H_2SO_4$

3) $Fe_2O_3$

4) $CuSO_4$

А. 3 : 2

Б. 7 : 3

В. 2 : 1 : 2

Г. 1 : 16 : 32

Для решения этой задачи необходимо найти массовое соотношение элементов в каждом из предложенных химических соединений. Для этого мы будем использовать относительные атомные массы элементов из Периодической системы Д.И. Менделеева, округленные до целых чисел.

Дано:

Химические формулы: $MgO$, $H_2SO_4$, $Fe_2O_3$, $CuSO_4$.

Относительные атомные массы элементов:

• $Ar(Mg) \approx 24$
• $Ar(O) \approx 16$
• $Ar(H) \approx 1$
• $Ar(S) \approx 32$
• $Ar(Fe) \approx 56$
• $Ar(Cu) \approx 64$

Найти:

Массовое соотношение химических элементов для каждой формулы и установить соответствие с вариантами А, Б, В, Г.

Решение:

1) MgO
В молекуле оксида магния ($MgO$) содержится 1 атом магния (Mg) и 1 атом кислорода (O).
Найдем массы элементов в соединении:
Масса магния: $1 \cdot Ar(Mg) = 1 \cdot 24 = 24$
Масса кислорода: $1 \cdot Ar(O) = 1 \cdot 16 = 16$
Составим массовое соотношение $m(Mg) : m(O) = 24 : 16$.
Сократим полученное соотношение, разделив обе части на их наибольший общий делитель, который равен 8:
$24 : 16 = (24 \div 8) : (16 \div 8) = 3 : 2$
Это соотношение соответствует варианту А.
Ответ: А.

2) H₂SO₄
В молекуле серной кислоты ($H_2SO_4$) содержится 2 атома водорода (H), 1 атом серы (S) и 4 атома кислорода (O).
Найдем массы элементов в соединении:
Масса водорода: $2 \cdot Ar(H) = 2 \cdot 1 = 2$
Масса серы: $1 \cdot Ar(S) = 1 \cdot 32 = 32$
Масса кислорода: $4 \cdot Ar(O) = 4 \cdot 16 = 64$
Составим массовое соотношение $m(H) : m(S) : m(O) = 2 : 32 : 64$.
Сократим полученное соотношение, разделив все части на их наибольший общий делитель, который равен 2:
$2 : 32 : 64 = (2 \div 2) : (32 \div 2) : (64 \div 2) = 1 : 16 : 32$
Это соотношение соответствует варианту Г.
Ответ: Г.

3) Fe₂O₃
В молекуле оксида железа(III) ($Fe_2O_3$) содержится 2 атома железа (Fe) и 3 атома кислорода (O).
Найдем массы элементов в соединении:
Масса железа: $2 \cdot Ar(Fe) = 2 \cdot 56 = 112$
Масса кислорода: $3 \cdot Ar(O) = 3 \cdot 16 = 48$
Составим массовое соотношение $m(Fe) : m(O) = 112 : 48$.
Сократим полученное соотношение, разделив обе части на их наибольший общий делитель, который равен 16:
$112 : 48 = (112 \div 16) : (48 \div 16) = 7 : 3$
Это соотношение соответствует варианту Б.
Ответ: Б.

4) CuSO₄
В молекуле сульфата меди(II) ($CuSO_4$) содержится 1 атом меди (Cu), 1 атом серы (S) и 4 атома кислорода (O).
Найдем массы элементов в соединении:
Масса меди: $1 \cdot Ar(Cu) = 1 \cdot 64 = 64$
Масса серы: $1 \cdot Ar(S) = 1 \cdot 32 = 32$
Масса кислорода: $4 \cdot Ar(O) = 4 \cdot 16 = 64$
Составим массовое соотношение $m(Cu) : m(S) : m(O) = 64 : 32 : 64$.
Сократим полученное соотношение, разделив все части на их наибольший общий делитель, который равен 32:
$64 : 32 : 64 = (64 \div 32) : (32 \div 32) : (64 \div 32) = 2 : 1 : 2$
Это соотношение соответствует варианту В.
Ответ: В.

2. Массовая доля химического элемента углерода в молекуле этанола $C_2H_6O$ составляет

1) 10 %

2) 23,6 %

3) 41,0 %

4) 52,2 %

Дано:

Химическая формула этанола: $C_2H_6O$.

Относительные атомные массы (из таблицы Менделеева, округленные): $Ar(C) = 12$, $Ar(H) = 1$, $Ar(O) = 16$.

Найти:

Массовую долю углерода ($ω(C)$) в молекуле этанола.

Решение:

Массовая доля химического элемента ($ω$) в веществе вычисляется как отношение массы всех атомов этого элемента в молекуле к относительной молекулярной массе всего вещества, выраженное в долях или процентах.

Формула для расчета массовой доли:

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

где $n$ – число атомов элемента в молекуле, $Ar$ – относительная атомная масса элемента, $Mr$ – относительная молекулярная масса вещества.

1. Рассчитаем относительную молекулярную массу этанола ($Mr(C_2H_6O)$). Она равна сумме относительных атомных масс всех атомов, входящих в состав молекулы.

$Mr(C_2H_6O) = 2 \cdot Ar(C) + 6 \cdot Ar(H) + 1 \cdot Ar(O)$

$Mr(C_2H_6O) = 2 \cdot 12 + 6 \cdot 1 + 1 \cdot 16 = 24 + 6 + 16 = 46$

2. В одной молекуле этанола $C_2H_6O$ содержится 2 атома углерода (C).

3. Подставим значения в формулу для расчета массовой доли углерода ($ω(C)$):

$ω(C) = \frac{2 \cdot Ar(C)}{Mr(C_2H_6O)} \cdot 100\%$

$ω(C) = \frac{2 \cdot 12}{46} \cdot 100\% = \frac{24}{46} \cdot 100\%$

$ω(C) \approx 0.521739 \cdot 100\% \approx 52.2\%$

Полученный результат 52,2% соответствует варианту ответа под номером 4.

Ответ: 4) 52,2%