Номер 17, страница 11 - гдз по химии 9 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

17. В результате количественного анализа неизвестной кислоты было установлено, что массовые доли серы и кислорода в ней равны соответственно 37,26 % и 61,96 %.

Установите молекулярную формулу этой кислоты.

Дано:

$w(S) = 37.26 \%$

$w(O) = 61.96 \%$

Неизвестная кислота

Найти:

Молекулярную формулу кислоты — $H_xS_yO_z$

Решение:

Поскольку вещество является кислотой, можно предположить, что в его состав, помимо серы и кислорода, входит водород. Сумма массовых долей серы и кислорода составляет $37.26\% + 61.96\% = 99.22\%$. Оставшаяся доля, скорее всего, приходится на водород.

Найдем массовую долю водорода в кислоте:

$w(H) = 100\% - w(S) - w(O) = 100\% - 37.26\% - 61.96\% = 0.78\%$

Для нахождения простейшей формулы вещества предположим, что у нас есть 100 г этой кислоты. Тогда массы элементов в образце будут численно равны их массовым долям в процентах:

$m(H) = 0.78 \text{ г}$

$m(S) = 37.26 \text{ г}$

$m(O) = 61.96 \text{ г}$

Найдем количество вещества (в молях) для каждого элемента, используя их молярные массы. Будем использовать округленные значения атомных масс:

$M(H) \approx 1 \text{ г/моль}$

$M(S) \approx 32 \text{ г/моль}$

$M(O) \approx 16 \text{ г/моль}$

Рассчитаем количество вещества каждого элемента:

$n(H) = \frac{m(H)}{M(H)} = \frac{0.78 \text{ г}}{1 \text{ г/моль}} = 0.78 \text{ моль}$

$n(S) = \frac{m(S)}{M(S)} = \frac{37.26 \text{ г}}{32 \text{ г/моль}} \approx 1.164 \text{ моль}$

$n(O) = \frac{m(O)}{M(O)} = \frac{61.96 \text{ г}}{16 \text{ г/моль}} \approx 3.873 \text{ моль}$

Найдем соотношение атомов в молекуле (индексы $x, y, z$), разделив количество молей каждого элемента на наименьшее из полученных значений (в данном случае это $n(H) = 0.78$ моль):

$x : y : z = n(H) : n(S) : n(O)$

Соотношение для H: $\frac{0.78}{0.78} = 1$

Соотношение для S: $\frac{1.164}{0.78} \approx 1.5$

Соотношение для O: $\frac{3.873}{0.78} \approx 5$

Мы получили соотношение индексов $1 : 1.5 : 5$. Чтобы получить целочисленные индексы, необходимо умножить все значения на 2:

$x = 1 \cdot 2 = 2$

$y = 1.5 \cdot 2 = 3$

$z = 5 \cdot 2 = 10$

Таким образом, простейшая (эмпирическая) формула кислоты — $H_2S_3O_{10}$. Эта формула соответствует трисерной кислоте, которая является реально существующим соединением (ее можно рассматривать как продукт взаимодействия одной молекулы серной кислоты и двух молекул оксида серы(VI): $H_2SO_4 \cdot 2SO_3$). Поскольку в условии задачи не дана молярная масса кислоты, принимаем, что простейшая формула является и молекулярной.

Ответ: $H_2S_3O_{10}$