Условие задачи

Установите соответствие между общей формулой высших оксидов и молекулярной формулой вещества.1) R2O2) RO3) RO24) RO3А. SO3Б. K2OВ. CaOГ. SiO2

Решение

Мы имеем задание по неорганической химии (окислители, оксиды) – определить, какая из молекулярных формул соответствует общей формуле «высшего оксида». Высшими оксидами называют такие оксиды, в которых атом элемента (обозначим его R) находится в своей максимально возможной степени окисления. При этом формулу оксида можно получить по правилу нейтрализации зарядов: суммарный положительный заряд атомов R должен компенсировать отрицательный заряд атомов кислорода.

Общее рассуждение такое. Пусть максимальная степень окисления элемента равна n.
Окись составляется из атомов R и кислорода (O, степень окисления −2). Тогда условие нулевого заряда выглядит так:
n · (количество атомов R) + (−2) · (количество атомов O) = 0.
При выборе минимального целого числа атомов для нейтрализации часто применяют следующее соотношение:

• Если n нечётное, то для целых чисел оптимальна формула R₂Oₙ, так как 2·n + (−2)·n = 0.
• Если n чётное, то можно записывать формулу в виде ROₙ/2, так как n + (−2)·(n/2) = n − n = 0.

Теперь проанализируем заданные варианты.

Даны четыре общие формулы (запишем их с учётом вышеуказанного правила):

1) R₂O
2) RO₃
3) RO₂
4) RO (так как в условии последний вариант написан как RO3, но разберём по смыслу: останется вариант, где кислорода 1 атом)

Также даны конкретные молекулярные формулы веществ:

А. SO₃
Б. K₂O
В. CaO
Г. SiO₂

Разберём каждую пару.

──────────────────────────────
1) ФОРМУЛА R₂O

Запишем общее равенство для заряда. Здесь пусть атом R имеет максимальную степень окисления n. Тогда R₂O соответствует:

2·n + (−2) = 0 → 2n = 2 → n = 1.

То есть элемент R в этом случае имеет степень окисления +1. Это свойственно щёлочным металлам, у которых максимальная (и единственная) степень окисления равна +1.
Из приведённых вариантов вещество с формулой, где металл +1, это оксид калия – K₂O. Следовательно:

1) R₂O соответствует K₂O (вариант Б).

──────────────────────────────
2) ФОРМУЛА RO₃

Пусть атом R имеет максимальную степень окисления n. Тогда для RO₃ имеет место уравнение:

n + 3 · (−2) = 0 → n − 6 = 0 → n = +6.

Это характерно для неметаллов, например, сера в своём самом высоком окислении +6 образует оксид SO₃.
Следовательно:

2) RO₃ соответствует SO₃ (вариант А).

──────────────────────────────
3) ФОРМУЛА RO₂

Аналогичным образом:

n + 2 · (−2) = 0 → n − 4 = 0 → n = +4.

Это характерно, например, для кремния (Si) – его высший оксид имеет формулу SiO₂, ведь кремний в ней имеет степень окисления +4.
Таким образом:

3) RO₂ соответствует SiO₂ (вариант Г).

──────────────────────────────
4) ФОРМУЛА RO

Рассмотрим последний случай. Здесь имеем:

n + (−2) = 0 → n = +2.

Это соответствует оксиду, где элемент находится в степени окисления +2. Для щелочноземельных металлов именно их высший оксид имеет такую формулу. Из представленных вариантов подходящим является оксид кальция – CaO, где кальций действительно имеет степень окисления +2.
Поэтому:

4) RO соответствует CaO (вариант В).

──────────────────────────────
Таким образом, установлено следующее соответствие:

1) R₂O – Б. K₂O
2) RO₃ – А. SO₃
3) RO₂ – Г. SiO₂
4) RO – В. CaO

Это и есть подробное решение задачи по неорганической химии, использующее правило нейтрализации зарядов в молекулярных формулах оксидов.