Номер 5, страница 18 - гдз по химии 9 класс учебник Еремин, Кузьменко

5. Найдите простейшие формулы соединений, имеющих следующий массовый состав:

а) 80% Cu, 20% O;

б) 40% Cu, 40% O, 20% S;

в) 35% N, 5% H, 60% O.

а) Дано:

$w(\text{Cu}) = 80\%$

$w(\text{O}) = 20\%$

Найти:

Простейшую формулу соединения.

Решение:

Простейшая (эмпирическая) формула соединения имеет вид $Cu_xO_y$. Соотношение индексов $x:y$ равно соотношению количеств вещества (числа молей) элементов в соединении: $x:y = n(\text{Cu}):n(\text{O})$.

1. Предположим, что масса образца соединения составляет 100 г. Тогда масса меди $m(\text{Cu})$ составит 80 г, а масса кислорода $m(\text{O})$ — 20 г.

2. Найдем количество вещества каждого элемента, используя их молярные массы. Будем использовать округленные значения атомных масс, которые дают точное соответствие с условием задачи: $M(\text{Cu}) \approx 64$ г/моль, $M(\text{O}) = 16$ г/моль.

$n(\text{Cu}) = \frac{m(\text{Cu})}{M(\text{Cu})} = \frac{80 \text{ г}}{64 \text{ г/моль}} = 1.25 \text{ моль}$

$n(\text{O}) = \frac{m(\text{O})}{M(\text{O})} = \frac{20 \text{ г}}{16 \text{ г/моль}} = 1.25 \text{ моль}$

3. Теперь найдем соотношение молей:

$x : y = n(\text{Cu}) : n(\text{O}) = 1.25 : 1.25$

4. Чтобы получить простейшее целочисленное соотношение, разделим оба значения на наименьшее из них (1.25):

$x : y = \frac{1.25}{1.25} : \frac{1.25}{1.25} = 1 : 1$

Следовательно, простейшая формула соединения — $CuO$.

Ответ: $CuO$.

б) Дано:

$w(\text{Cu}) = 40\%$

$w(\text{O}) = 40\%$

$w(\text{S}) = 20\%$

Найти:

Простейшую формулу соединения.

Решение:

Обозначим простейшую формулу как $Cu_xO_yS_z$. Соотношение индексов $x:y:z$ равно соотношению количеств вещества элементов: $x:y:z = n(\text{Cu}):n(\text{O}):n(\text{S})$.

1. Пусть масса образца соединения равна 100 г. Тогда массы элементов:

$m(\text{Cu}) = 40 \text{ г}$

$m(\text{O}) = 40 \text{ г}$

$m(\text{S}) = 20 \text{ г}$

2. Найдем количество вещества каждого элемента, используя молярные массы: $M(\text{Cu}) \approx 64$ г/моль, $M(\text{O}) = 16$ г/моль, $M(\text{S}) \approx 32$ г/моль.

$n(\text{Cu}) = \frac{m(\text{Cu})}{M(\text{Cu})} = \frac{40 \text{ г}}{64 \text{ г/моль}} = 0.625 \text{ моль}$

$n(\text{O}) = \frac{m(\text{O})}{M(\text{O})} = \frac{40 \text{ г}}{16 \text{ г/моль}} = 2.5 \text{ моль}$

$n(\text{S}) = \frac{m(\text{S})}{M(\text{S})} = \frac{20 \text{ г}}{32 \text{ г/моль}} = 0.625 \text{ моль}$

3. Найдем соотношение молей:

$x : y : z = n(\text{Cu}) : n(\text{O}) : n(\text{S}) = 0.625 : 2.5 : 0.625$

4. Разделим все значения на наименьшее из них (0.625), чтобы получить простейшее соотношение:

$x : y : z = \frac{0.625}{0.625} : \frac{2.5}{0.625} : \frac{0.625}{0.625} = 1 : 4 : 1$

Таким образом, простейшая формула соединения — $Cu_1O_4S_1$, что обычно записывается как $CuSO_4$ (сульфат меди(II)).

Ответ: $CuSO_4$.

в) Дано:

$w(\text{N}) = 35\%$

$w(\text{H}) = 5\%$

$w(\text{O}) = 60\%$

Найти:

Простейшую формулу соединения.

Решение:

Обозначим простейшую формулу как $N_xH_yO_z$. Соотношение индексов $x:y:z$ равно соотношению количеств вещества элементов: $x:y:z = n(\text{N}):n(\text{H}):n(\text{O})$.

1. Пусть масса образца соединения равна 100 г. Тогда массы элементов:

$m(\text{N}) = 35 \text{ г}$

$m(\text{H}) = 5 \text{ г}$

$m(\text{O}) = 60 \text{ г}$

2. Найдем количество вещества каждого элемента, используя молярные массы: $M(\text{N}) \approx 14$ г/моль, $M(\text{H}) \approx 1$ г/моль, $M(\text{O}) = 16$ г/моль.

$n(\text{N}) = \frac{m(\text{N})}{M(\text{N})} = \frac{35 \text{ г}}{14 \text{ г/моль}} = 2.5 \text{ моль}$

$n(\text{H}) = \frac{m(\text{H})}{M(\text{H})} = \frac{5 \text{ г}}{1 \text{ г/моль}} = 5 \text{ моль}$

$n(\text{O}) = \frac{m(\text{O})}{M(\text{O})} = \frac{60 \text{ г}}{16 \text{ г/моль}} = 3.75 \text{ моль}$

3. Найдем соотношение молей:

$x : y : z = n(\text{N}) : n(\text{H}) : n(\text{O}) = 2.5 : 5 : 3.75$

4. Разделим все значения на наименьшее из них (2.5):

$x : y : z = \frac{2.5}{2.5} : \frac{5}{2.5} : \frac{3.75}{2.5} = 1 : 2 : 1.5$

5. Поскольку мы получили нецелочисленное соотношение (1.5), умножим все индексы на 2, чтобы получить наименьшие целые числа:

$x : y : z = (1 \times 2) : (2 \times 2) : (1.5 \times 2) = 2 : 4 : 3$

Простейшая формула соединения — $N_2H_4O_3$. Данному составу отвечает нитрат аммония, формула которого $NH_4NO_3$.

Ответ: $N_2H_4O_3$.