Условие задачи

Установите простейшую формулу соединения водорода с кислородом, содержащего 5,88% водорода по массе. Попробуйте определить молекулярную формулу этого вещества, основываясь на валентностях водорода и кислорода.

Решение

Ниже приведено подробное решение задачи по химии (стехиометрия и валентность).

1. Постановка задачи. Пусть имеется соединение водорода с кислородом с общей формулой HₓOᵧ. Из условия известно, что масса водорода составляет 5,88% от общей массы соединения.

2. Определение эмпирической формулы по массовым процентам. Предположим, что у нас имеется 100 г соединения. Тогда:
масса водорода = 5,88 г,
масса кислорода = 100 − 5,88 = 94,12 г.

3. Перевод масс в число молей (считая атомную массу водорода ≈ 1 и кислорода ≈ 16):
моли водорода = 5,88 г ÷ 1 = 5,88 моль,
моли кислорода = 94,12 г ÷ 16 ≈ 5,8825 моль.

4. Определение молярного отношения. Делим оба количества на их наименьшее значение:
отношение H : O ≈ 5,88 : 5,8825 ≈ 1 : 1.
Таким образом, эмпирическая формула получается как HO.

5. Анализ с учётом валентностей. Известно, что водород обладает валентностью 1, а кислород – 2. Формула HO не удовлетворяет правилу валентности кислорода, так как для стабильного соединения кислороду необходимо удовлетворить его предпочтение к образованию двух ковалентных связей. Чтобы учесть это, нужно взять такое кратное эмпирической формуле, которое даст кислороду две связи. При умножении формулы HO на 2 получаем H₂O₂, где:
— кислород находится в связке с двумя атомами водорода,
— водород удовлетворяет своей валентности (по одному электрону),
что соответствует валентностным числам элементов.

6. Итоговый вывод. Молекулярная формула соединения с 5,88% водорода по массе, удовлетворяющая валентностям водорода и кислорода, – H₂O₂ (перекись водорода).

Ответ: молекулярная формула – H₂O₂.