Номер 45, страница 81 - гдз по химии 9 класс сборник задач и упражнений Габриелян, Тригубчак

8. Азот, фосфор и их соединения. Упражнения и задачи для самостоятельного решения - номер 45, страница 81.

Условие.

45. Составьте формулы соединений фосфора по известному элемент-ному составу, назовите эти соединения. Какую степень окисления проявляет фосфор в каждом из этих соединений?

а) $w(\text{H}) = 1,25\%$; $w(\text{P}) = 38,75\%$; $w(\text{O}) = 60\%$

б) $w(\text{H}) = 3,06\%$; $w(\text{P}) = 31,63\%$; $w(\text{O}) = 65,31\%$

в) $w(\text{H}) = 2,25\%$; $w(\text{P}) = 34,83\%$; $w(\text{O}) = 62,92\%$

Решение.

Решение 2.

Для определения формулы соединения по известному элемент-ному составу необходимо найти соотношение количеств вещества (в молях) каждого элемента в соединении. Для этого примем массу образца равной 100 г, тогда масса каждого элемента в граммах будет численно равна его массовой доле в процентах. Затем найдем количество вещества каждого элемента, разделив его массу на молярную массу. Соотношение количеств вещества даст нам индексы в простейшей формуле соединения.

а) Дано:

$w(H) = 1,25 \%$
$w(P) = 38,75 \%$
$w(O) = 60 \%$

Найти:

Формулу соединения, название, степень окисления фосфора.

Решение:

1. Примем массу соединения равной 100 г. Тогда массы элементов в нем составят:

$m(H) = 1,25$ г

$m(P) = 38,75$ г

$m(O) = 60,00$ г

2. Вычислим количество вещества (моль) для каждого элемента, используя их молярные массы: $M(H) \approx 1$ г/моль, $M(P) \approx 31$ г/моль, $M(O) \approx 16$ г/моль.

$n(H) = \frac{m(H)}{M(H)} = \frac{1,25 \text{ г}}{1 \text{ г/моль}} = 1,25$ моль

$n(P) = \frac{m(P)}{M(P)} = \frac{38,75 \text{ г}}{31 \text{ г/моль}} = 1,25$ моль

$n(O) = \frac{m(O)}{M(O)} = \frac{60,00 \text{ г}}{16 \text{ г/моль}} = 3,75$ моль

3. Найдем соотношение количеств вещества, разделив все значения на наименьшее из них (1,25):

$x:y:z = n(H):n(P):n(O) = 1,25 : 1,25 : 3,75$

$\frac{1,25}{1,25} : \frac{1,25}{1,25} : \frac{3,75}{1,25} = 1 : 1 : 3$

4. Простейшая формула соединения - $H_1P_1O_3$, или $HPO_3$. Это метафосфорная кислота.

5. Определим степень окисления фосфора (P). Обозначим ее как $x$. Степень окисления водорода (H) равна +1, кислорода (O) равна -2. Сумма степеней окисления в молекуле равна нулю:

$+1 + x + 3 \cdot (-2) = 0$

$1 + x - 6 = 0$

$x = +5$

Ответ: Формула соединения - $HPO_3$, название - метафосфорная кислота, степень окисления фосфора +5.

б) Дано:

$w(H) = 3,06 \%$
$w(P) = 31,63 \%$
$w(O) = 65,31 \%$

Найти:

Формулу соединения, название, степень окисления фосфора.

Решение:

1. Примем массу соединения равной 100 г. Тогда массы элементов:

$m(H) = 3,06$ г

$m(P) = 31,63$ г

$m(O) = 65,31$ г

2. Вычислим количество вещества (моль) для каждого элемента:

$n(H) = \frac{3,06 \text{ г}}{1 \text{ г/моль}} = 3,06$ моль

$n(P) = \frac{31,63 \text{ г}}{31 \text{ г/моль}} \approx 1,02$ моль

$n(O) = \frac{65,31 \text{ г}}{16 \text{ г/моль}} \approx 4,08$ моль

3. Найдем соотношение количеств вещества, разделив все значения на наименьшее из них ($\approx 1,02$):

$x:y:z = n(H):n(P):n(O) = 3,06 : 1,02 : 4,08$

$\frac{3,06}{1,02} : \frac{1,02}{1,02} : \frac{4,08}{1,02} = 3 : 1 : 4$

4. Простейшая формула соединения - $H_3P_1O_4$, или $H_3PO_4$. Это ортофосфорная (или просто фосфорная) кислота.

5. Определим степень окисления фосфора (P), обозначив ее как $x$:

$3 \cdot (+1) + x + 4 \cdot (-2) = 0$

$3 + x - 8 = 0$

$x = +5$

Ответ: Формула соединения - $H_3PO_4$, название - ортофосфорная кислота, степень окисления фосфора +5.

в) Дано:

$w(H) = 2,25 \%$
$w(P) = 34,83 \%$
$w(O) = 62,92 \%$

Найти:

Формулу соединения, название, степень окисления фосфора.

Решение:

1. Примем массу соединения равной 100 г. Тогда массы элементов:

$m(H) = 2,25$ г

$m(P) = 34,83$ г

$m(O) = 62,92$ г

2. Вычислим количество вещества (моль) для каждого элемента:

$n(H) = \frac{2,25 \text{ г}}{1 \text{ г/моль}} = 2,25$ моль

$n(P) = \frac{34,83 \text{ г}}{31 \text{ г/моль}} \approx 1,12$ моль

$n(O) = \frac{62,92 \text{ г}}{16 \text{ г/моль}} \approx 3,93$ моль

3. Найдем соотношение количеств вещества, разделив все значения на наименьшее из них ($\approx 1,12$):

$x:y:z = n(H):n(P):n(O) = 2,25 : 1,12 : 3,93$

$\frac{2,25}{1,12} : \frac{1,12}{1,12} : \frac{3,93}{1,12} \approx 2 : 1 : 3,5$

4. Чтобы получить целочисленные индексы, умножим все коэффициенты на 2:

$(2:1:3,5) \cdot 2 = 4:2:7$

Таким образом, формула соединения - $H_4P_2O_7$. Это пирофосфорная (или дифосфорная) кислота.

5. Определим степень окисления фосфора (P), обозначив ее как $x$:

$4 \cdot (+1) + 2 \cdot x + 7 \cdot (-2) = 0$

$4 + 2x - 14 = 0$

$2x - 10 = 0$

$2x = 10$

$x = +5$

Ответ: Формула соединения - $H_4P_2O_7$, название - пирофосфорная кислота, степень окисления фосфора +5.