Химия
8 класс
Вопрос
Определить формулу вещества, состоящего из кислорода, азота, фосфора и водорода, если известно, что оно содержит 48,5 % кислорода, количество атомов азота в два раза больше количества атомов фосфора, а количество атомов водорода в 2,25 раза больше количества атомов кислорода. Масса моля вещества менее 200 г.
Ответ
Обозначим количество атомов фосфора и кислорода в молекуле вещества соответственно через $y$ и $x$. Тогда количество атомов водорода будет равно $2,25x$. Запишем формулу вещества в общем виде $ (PN_{2}_{y} \cdot (OH_{2,25})_{x})$. Значение $x$ должно быть больше единицы, так как в молекуле вещества не может содержаться дробное количество атомов водорода. Минимальное значение $x$, при котором количество атомов водорода в молекуле вещества будет целочисленным, равно 4.
Находим массу моля вещества ($M$):
$ (16 \cdot 4) $ г кислорода составляет 48,5 %
$M$ г кислорода составляет 100 %
$M = \frac {64 \cdot 100}{48,5} = 132$ (г),
что удовлетворяет условию задачи.
Рассчитаем значение $y$. На долю фосфора и азота в моле вещества приходится 59 г ($132 - 64 - 2,25 \cdot 4$). Масса ($PN_{2}$) равна 59 г (31 + 28). Следовательно, $y = 1$. Формула вещества $PN_{2}O_{4}H_{9}$ или $ (NH_{4})_{2}HPO_{4}$. Расчет можно проводить и другим способом.
Если обозначим через $x$ количество атомов кислорода в молекуле вещества, то количество атомов водорода будет $2,25x$, а масса водорода в моле вещества - $2,25x$ г. Вычислим процентное содержание водорода в веществе:
$16x$ г кислорода составляет 48,5 %
$2,25x$ г кислорода составляет $a$ %
$a = 6,82$ %.
Суммарное процентное содержание азота и фосфора равно 44,8 % (100 - 48,5 - 6,82). Предположим, что $y$ в формуле $ (PN_{2})_{y} \cdot (OH_{2,25})_{x}$ равен 1. Рассчитаем массу моля вещества ($M$), если масса $ (PN_{2}) $ равна 59 г ($31 + 28$):
59 г составляет 44,68 %
$M$ г составляет 100 %
$M = 132$ г,
что удовлетворяет условию. На долю кислорода и водорода в моле вещества приходится 73 г ($132 - 59$), масса ( $OH_{2,25}$ ) равна 18,25 г. Вычислим значение $x$:
$x = \frac{73}{18,25} = 4$
Формула вещества $ (NH_{4})_{2}HPO_{4}$. Другие целочисленные значения $y$ не удовлетворяют условию задачи, так как при $y > 1$ молекулярная масса вещества будет больше 200.