Формула гидрида кислорода

Определение и формула гидрида кислорода

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Гидрид кислорода – это систематическое название воды. Вода – это наиболее распространенное вещество в природе.

Она представляет собой термодинамически устойчивое соединение, способное находиться сразу в трех агрегатных состояниях: жидком, твердом (лед) и газообразном (водяной пар), каждое из которых определяется температурой и давлением (рис. 1).

Рис. 1. Диаграмма состояния воды.

Кривая АО соответствует равновесию в системе лед-пар, DO – равновесию в системе переохлажденная вода-пар, кривая OC – равновесию в системе вода-пар, а кривая OB – равновесию в системе лед-вода. В точке О все кривые пересекаются. Эта точка называется тройной точкой и отвечает равновесию в системе лед-вода-пар.

Химическая формула гидрида кислорода

Химическая формула гидрида кислорода имеет вид H₂O. Химическая формула показывает качественный и количественный состав молекулы (сколько и каких атомов входит в конкретное соединение). По химической формуле можно вычислить молекулярную массу гидрида кислорода (Ar(H) = 1 а.е.м., Ar(O) = 16 а.е.м.):

Mr(H₂O) = 2×Ar(H) + Ar(O);

Mr(H₂O) = 2×1 + 16 = 2 + 16 = 18.

Графическая (структурная) формула гидрида кислорода

Структурная (графическая) формула гидрида кислорода является более наглядной. Она показывает порядок связи атомов внутри молекулы:

Ионная формула

Гидрид кислорода – очень слабый электролит, который в водном растворе под действием электрического тока подвергается частичной диссоциации на ионы согласно следующему уравнению:

H₂O↔ 2H⁺ + OH^—.

Электронная формула

Для гидрида кислорода можно записать и электронную формулу:

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

Задание

Определите простейшую формулу вещества, в котором массовые доли натрия, фосфора и кислорода составляют 34,59, 23,31 и 42,10% соответственно.

Решение

Массовая доля элемента Х в молекуле состава НХ рассчитывается по следующей формуле:

ω (Х) = n × Ar (X) / M (HX) × 100%.

Обозначим число атомов натрия в молекуле через «х», число атомов фосфора через «у» и число атомов кислорода за «z».

Найдем соответствующие относительные атомные массы элементов натрия, фосфора и кислорода (значения относительных атомных масс, взятые из Периодической таблицы Д.И. Менделеева, округлим до целых чисел).

Ar(Na) = 23; Ar(P) = 31; Ar(O) = 16.

Процентное содержание элементов разделим на соответствующие относительные атомные массы. Таким образом мы найдем соотношения между числом атомов в молекуле соединения:

x:y:z = m(Na)/Ar(Na) : m(P)/Ar(P) : m(O)/Ar(O);

x:y:z = 34,59/23 : 23,31/31 : 42,10/16;

x:y:z = 1,5 : 0,75 : 2,63 = 2: 1 : 3,5 = 4 : 4: 7.

Значит простейшая формула соединения натрия, фосфора и кислорода имеет вид Na₄P₄O₇.

Ответ

Na₄P₄O₇

ПРИМЕР 2

Задание

Определите молекулярную формулу вещества, состоящего из кислорода, азота, фосфора и водорода, если известно, что оно содержит по массе 48,48% кислорода, число атомов азота в нем в два раза больше числа атомов фосфора, а количество атомов водорода в соединении в 2,25 раза больше количества атомов кислорода. Молярная масса вещества меньше 200 г/моль.

Решение

Обозначим число атомов кислорода в молекуле через «х», число атомов азота через «у», число атомов фосфора за «z» и число атомов водорода за «k».

Найдем соответствующие относительные атомные массы элементов азота, фосфора, водорода и кислорода (значения относительных атомных масс, взятые из Периодической таблицы Д.И. Менделеева, округлим до целых чисел).

Ar(N) = 14; Ar(P) = 31; Ar(H) = 14; Ar(O) = 16.

Пусть масса неорганического вещества равна 100 г, тогда масса кислорода составляет m(О) = 48,48 г. Найдем количество вещества кислорода:

n(О) = m(О) / М(О);

n(О) = 48,48 / 16 = 3,03 моль.

Согласно условию задачи n(Н) = n(О) ×2,25, т.е.

n(Н) = 3,03 × 2,25 = 6,82 моль.

Тогда масса водорода будет равна:

m(Н) = n(Н) × М(Н);

m(Н) = 6,82 ×1 = 6,82 г.

Найдем суммарную массу элементов азота и фосфора, входящих в состав соединения:

m (N + P) = m_substance — m(О) — m(Н);

m (N + P)= 100 – 48,5 – 6,82 = 44,68 г.

Запишем уравнения для нахождения массы каждого из элементов в отдельности:

m(N) = n(N) × M(N);

m(N) = 14× n(N).

m(P) = n(P) × M(P);

m(P) = 31× n(P).

Составим систему уравнений и решим ее:

14× n(N) + 31× n(P) = 44,68;

n(N) = 2× n(P).

28 n(Р) + 31n (P) = 44,68;

59 n(Р) = 44,68;

n(Р) = 0,757 моль.

n(N) = 2× 0,75= 1,514 моль.

x:y:z:k = n(О) : n(N) : n(Р) : m(Н);

x:y:z:k= 3,03 : 1,514 : 0,757 : 6,82;

x:y:z:k= 4 : 2 : 1 : 9.

Значит простейшая формула соединения будет иметь вид O₄N₂PH₉.

Молекулярная формула вещества может содержать удвоенное, утроенное и т.д. число атомов. Чтобы убедиться в том, что молекулярная формула вещества совпадает с простейшей, подсчитаем молярную массу:

М(O₄N₂PH₉) = Ar(O) ×4 + Ar(N) ×2 + Ar(P) + Ar(H) ×9;

М(O₄N₂PH₉) =16×4 + 14×2 + 31 + 1×9 = 132 г/моль.

132 < 200.

Очевидно, что молярная масса для удвоенной формулы будет больше 200, что противоречит условию задачи, следовательно, молекулярная формула вещества O₄N₂PH₉.Перегруппировав атомы легко догадаться, что это вещество является гидрофосфатом аммония (NH₄)₂HPO₄.