Готовимся к олимпиадам, страница 77 - гдз по химии 9 класс учебник Шиманович, Василевская

1. Сколько протонов, нейтронов и электронов содержится в молекуле бинарного летучего водородного соединения кремния с относительной молекулярной массой, равной 32? Зачем указана относительная молекулярная масса этого вещества? Рассчитайте массу одной молекулы этого соединения.

Сколько протонов, нейтронов и электронов содержится в молекуле

1. Сначала определим формулу бинарного летучего водородного соединения кремния. Кремний ($Si$) находится в IV группе периодической системы, его типичная валентность в соединениях с водородом равна IV. Таким образом, формула соединения – $SiH_4$ (силан).

2. Проверим, соответствует ли относительная молекулярная масса ($M_r$) этого соединения значению, данному в условии (32). Для этого используем относительные атомные массы элементов: $A_r(Si) \approx 28$, $A_r(H) \approx 1$.

$M_r(SiH_4) = A_r(Si) + 4 \cdot A_r(H) = 28 + 4 \cdot 1 = 32$.

Значение совпадает, следовательно, речь идет именно о силане $SiH_4$.

3. Теперь рассчитаем количество элементарных частиц. Для этого нам понадобятся данные об атомах кремния и водорода (используем самые распространенные изотопы $^{28}Si$ и $^1H$).

• Атом кремния ($^{28}_{14}Si$):
  • Число протонов (порядковый номер) = 14.
  • Число электронов (в нейтральном атоме) = 14.
  • Число нейтронов (массовое число - число протонов) = $28 - 14 = 14$.
• Атом водорода ($^1_1H$):
  • Число протонов = 1.
  • Число электронов = 1.
  • Число нейтронов = $1 - 1 = 0$.

Молекула $SiH_4$ состоит из одного атома кремния и четырех атомов водорода. Суммируем частицы:

• Протоны: $14 (Si) + 4 \cdot 1 (H) = 18$.
• Электроны: $14 (Si) + 4 \cdot 1 (H) = 18$.
• Нейтроны: $14 (Si) + 4 \cdot 0 (H) = 14$.

Ответ: В молекуле бинарного летучего водородного соединения кремния с относительной молекулярной массой 32 содержится 18 протонов, 18 электронов и 14 нейтронов.

Зачем указана относительная молекулярная масса этого вещества

Кремний, подобно углероду, может образовывать ряд водородных соединений (силанов), например: $SiH_4$ (силан), $Si_2H_6$ (дисилан), $Si_3H_8$ (трисилан) и другие. Все они подходят под описание "бинарное летучее водородное соединение кремния". Указание точной относительной молекулярной массы ($M_r=32$) позволяет однозначно определить химическую формулу вещества ($SiH_4$) и исключить другие возможные соединения.

Ответ: Относительная молекулярная масса указана для того, чтобы однозначно идентифицировать искомую молекулу, так как существует несколько водородных соединений кремния с разными формулами.

Рассчитайте массу одной молекулы этого соединения

Дано:

Относительная молекулярная масса $M_r(SiH_4) = 32$.
Постоянная Авогадро $N_A \approx 6.022 \cdot 10^{23}$ моль^-1.

Перевод в СИ:

Молярная масса $\text{M}$ численно равна относительной молекулярной массе, но измеряется в г/моль.$M(SiH_4) = 32$ г/моль = $0.032$ кг/моль.

Найти:

$m_{молекулы}$ — ?

Решение:

Массу одной молекулы можно вычислить, разделив молярную массу вещества ($\text{M}$) на число молекул в одном моле, то есть на постоянную Авогадро ($N_A$).

$m_{молекулы} = \frac{M}{N_A}$

Подставим значения и произведем расчет:

$m_{молекулы} = \frac{0.032 \text{ кг/моль}}{6.022 \cdot 10^{23} \text{ моль}^{-1}} \approx 0.00531 \cdot 10^{-23} \text{ кг} = 5.31 \cdot 10^{-26} \text{ кг}$

Для удобства можно также выразить массу в граммах:

$m_{молекулы} = \frac{32 \text{ г/моль}}{6.022 \cdot 10^{23} \text{ моль}^{-1}} \approx 5.31 \cdot 10^{-23} \text{ г}$

Ответ: Масса одной молекулы этого соединения приблизительно равна $5.31 \cdot 10^{-26}$ кг (или $5.31 \cdot 10^{-23}$ г).