Номер 1392, страница 215 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

1392. *Оксид неизвестного двухвалентного металла массой 28,8 г полностью восстановили до металла смесью водорода и оксида углерода(II). В результате реакции образовались вода массой 3,60 г и углекислый газ объёмом (н. у.) 4,48 дм3. Установите неизвестный металл.

Дано:

масса оксида металла (MeO), $m(\text{MeO}) = 28,8 \text{ г}$

масса воды, $m(H_2O) = 3,60 \text{ г}$

объем углекислого газа, $V(CO_2) = 4,48 \text{ дм}^3$ (н.у.)

валентность металла = II

Найти:

Неизвестный металл (Me) - ?

Решение:

Поскольку металл двухвалентен, его оксид имеет общую формулу MeO.

Восстановление оксида металла происходило смесью водорода ($H_2$) и оксида углерода(II) ($CO$). Запишем уравнения протекающих реакций:

$MeO + H_2 \rightarrow Me + H_2O$ (1)

$MeO + CO \rightarrow Me + CO_2$ (2)

Найдем количество вещества (в молях) продуктов реакции — воды и углекислого газа. Молярная масса воды $M(H_2O) = 18 \text{ г/моль}$. Молярный объем газа при нормальных условиях (н.у.) $V_m = 22,4 \text{ дм}^3\text{/моль}$.

Количество вещества воды:

$n(H_2O) = \frac{m(H_2O)}{M(H_2O)} = \frac{3,60 \text{ г}}{18 \text{ г/моль}} = 0,2 \text{ моль}$

Количество вещества углекислого газа:

$n(CO_2) = \frac{V(CO_2)}{V_m} = \frac{4,48 \text{ дм}^3}{22,4 \text{ дм}^3\text{/моль}} = 0,2 \text{ моль}$

Из уравнений реакций (1) и (2) видно, что количество вещества оксида металла, вступившего в реакцию, стехиометрически равно количеству вещества образовавшихся продуктов (воды и углекислого газа соответственно).

По уравнению (1): $n_1(\text{MeO}) = n(H_2O) = 0,2 \text{ моль}$

По уравнению (2): $n_2(\text{MeO}) = n(CO_2) = 0,2 \text{ моль}$

Общее количество вещества оксида металла, которое было восстановлено, равно сумме количеств, прореагировавших с водородом и оксидом углерода(II):

$n_{общ}(\text{MeO}) = n_1(\text{MeO}) + n_2(\text{MeO}) = 0,2 \text{ моль} + 0,2 \text{ моль} = 0,4 \text{ моль}$

Теперь, зная общую массу и общее количество вещества оксида металла, мы можем найти его молярную массу:

$M(\text{MeO}) = \frac{m(\text{MeO})}{n_{общ}(\text{MeO})} = \frac{28,8 \text{ г}}{0,4 \text{ моль}} = 72 \text{ г/моль}$

Молярная масса оксида металла складывается из молярной массы металла и молярной массы кислорода ($M(O) \approx 16 \text{ г/моль}$):

$M(\text{MeO}) = M(\text{Me}) + M(O)$

Выразим и найдем молярную массу неизвестного металла:

$M(\text{Me}) = M(\text{MeO}) - M(O) = 72 \text{ г/моль} - 16 \text{ г/моль} = 56 \text{ г/моль}$

Металл с относительной атомной массой, близкой к 56, и проявляющий валентность II — это железо (Fe).

Ответ: неизвестный металл — железо (Fe).