Номер 1310, страница 201 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

1310. *Магний массой 20,0 г опустили в раствор сульфата неизвестного двухвалентного металла. Через некоторое время масса пластинки составила 23,2 г, образовался сульфат магния массой 12 г. Установите неизвестный металл.

Дано:

$m_{нач.}(Mg) = 20,0$ г

$m_{кон.}(пластинки) = 23,2$ г

$m(MgSO_4) = 12$ г

Валентность неизвестного металла (Me) = II

Найти:

Неизвестный металл (Me) - ?

Решение:

Магний является более активным металлом, чем неизвестный металл (обозначим его как Me), поэтому он вытесняет его из раствора соли (сульфата). Происходит реакция замещения. Так как неизвестный металл двухвалентен, его сульфат имеет формулу $MeSO_4$. Уравнение реакции в общем виде:

$Mg + MeSO_4 \rightarrow MgSO_4 + Me$

1. Найдем количество вещества (в молях) образовавшегося сульфата магния ($MgSO_4$). Для этого сначала вычислим его молярную массу. Используем относительные атомные массы элементов: $Ar(Mg) = 24$, $Ar(S) = 32$, $Ar(O) = 16$.

$M(MgSO_4) = Ar(Mg) + Ar(S) + 4 \cdot Ar(O) = 24 + 32 + 4 \cdot 16 = 120$ г/моль.

Теперь найдем количество вещества $MgSO_4$ по известной массе:

$n(MgSO_4) = \frac{m(MgSO_4)}{M(MgSO_4)} = \frac{12 \text{ г}}{120 \text{ г/моль}} = 0,1$ моль.

2. Согласно стехиометрическим коэффициентам в уравнении реакции, количества веществ магния, вступившего в реакцию ($Mg_{прореаг.}$) и неизвестного металла, выделившегося на пластинке ($Me_{осел}$), равны количеству вещества образовавшегося сульфата магния:

$n(Mg_{прореаг.}) = n(Me_{осел}) = n(MgSO_4) = 0,1$ моль.

3. Рассчитаем массу магния, которая прореагировала (растворилась с пластинки):

$m(Mg_{прореаг.}) = n(Mg_{прореаг.}) \cdot M(Mg) = 0,1 \text{ моль} \cdot 24 \text{ г/моль} = 2,4$ г.

4. Масса пластинки увеличилась, так как масса осевшего на нее металла Me больше массы растворившегося магния. Найдем изменение массы пластинки:

$\Delta m = m_{кон.}(пластинки) - m_{нач.}(Mg) = 23,2 \text{ г} - 20,0 \text{ г} = 3,2$ г.

Это изменение массы также можно выразить через массы прореагировавшего магния и осевшего металла:

$\Delta m = m(Me_{осел}) - m(Mg_{прореаг.})$

Отсюда выразим и найдем массу осевшего неизвестного металла:

$m(Me_{осел}) = \Delta m + m(Mg_{прореаг.}) = 3,2 \text{ г} + 2,4 \text{ г} = 5,6$ г.

5. Зная массу ($5,6$ г) и количество вещества ($0,1$ моль) неизвестного металла, мы можем рассчитать его молярную массу:

$M(Me) = \frac{m(Me_{осел})}{n(Me_{осел})} = \frac{5,6 \text{ г}}{0,1 \text{ моль}} = 56$ г/моль.

6. Обратимся к Периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева. Металл с молярной массой 56 г/моль, проявляющий валентность II, — это железо (Fe).

Ответ: неизвестный металл — железо (Fe).