Номер 49, страница 24 - гдз по химии 10 класс сборник задач Матулис, Матулис

49. В трубку поместили порошок металла X массой 9,2 г, часть трубки, в которой находился порошок, нагревали до $400°C$ в токе хлора до тех пор, пока порошка в ней не осталось. Через некоторое время в холодной части трубки накопились черно-синие кристаллы вещества Y массой 19,9 г. Установлено, что молекула вещества Y имеет форму правильного октаэдра, в центре которого находится атом металла X (рис. 6). Определите металл X.

Рис. 6

Дано:

$m(\text{X}) = 9.2 \text{ г}$

$m(\text{Y}) = 19.9 \text{ г}$

Форма молекулы Y - правильный октаэдр.

Найти:

Металл X

Решение:

В условии сказано, что порошок металла X полностью прореагировал с хлором с образованием вещества Y. Реакция протекает по следующей схеме:

$X + Cl_2 \rightarrow Y$

Из условия известно, что молекула вещества Y имеет форму правильного октаэдра, в центре которого находится атом металла X. В химии октаэдрическая геометрия соответствует координационному числу 6. Это означает, что центральный атом металла X связан с шестью атомами хлора. Таким образом, формула вещества Y - $XCl_6$.

Запишем сбалансированное уравнение реакции:

$X + 3Cl_2 \rightarrow XCl_6$

По закону сохранения массы, масса вступившего в реакцию хлора равна разности масс продукта реакции (вещества Y) и исходного металла X:

$m(Cl_2) = m(Y) - m(X) = 19.9 \text{ г} - 9.2 \text{ г} = 10.7 \text{ г}$

Вычислим количество вещества (моль) прореагировавшего хлора. Атомная масса хлора $Ar(Cl) \approx 35.5 \text{ а.е.м.}$, следовательно, молярная масса молекулярного хлора $M(Cl_2) = 2 \cdot 35.5 \text{ г/моль} = 71 \text{ г/моль}$.

$\nu(Cl_2) = \frac{m(Cl_2)}{M(Cl_2)} = \frac{10.7 \text{ г}}{71 \text{ г/моль}} \approx 0.1507 \text{ моль}$

Согласно уравнению реакции, на 1 моль металла X расходуется 3 моль хлора $Cl_2$. Значит, количество вещества металла X в три раза меньше количества вещества хлора:

$\nu(X) = \frac{1}{3} \nu(Cl_2) = \frac{0.1507 \text{ моль}}{3} \approx 0.05023 \text{ моль}$

Теперь, зная массу и количество вещества металла X, мы можем рассчитать его молярную массу $M(X)$:

$M(X) = \frac{m(X)}{\nu(X)} = \frac{9.2 \text{ г}}{0.05023 \text{ моль}} \approx 183.18 \text{ г/моль}$

Найдем в Периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева элемент, молярная масса которого близка к вычисленному значению. Это вольфрам (W), его относительная атомная масса равна 183.84. Вольфрам действительно образует высший хлорид состава $WCl_6$ (гексахлорид вольфрама), который представляет собой темно-синие кристаллы, что полностью соответствует условию задачи.

Ответ: неизвестный металл X - это вольфрам (W).