Номер 353, страница 66 - гдз по химии 8 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

353. В результате полного восстановления неизвестного оксида массой 32,0 г избытком водорода при нагревании получен металл массой 22,4 г. Установите формулу оксида.

Дано:

$m(\text{оксида}) = 32,0 \text{ г}$

$m(\text{металла}) = 22,4 \text{ г}$

Найти:

Формулу оксида.

Решение:

Обозначим неизвестный металл как $Me$, а его оксид как $Me_xO_y$.

Реакция восстановления оксида металла водородом в общем виде выглядит так:

$Me_xO_y + yH_2 \xrightarrow{t} xMe + yH_2O$

Масса оксида складывается из массы металла и массы кислорода, содержащихся в нем. Следовательно, мы можем найти массу кислорода в исходном образце оксида:

$m(O) = m(Me_xO_y) - m(Me)$

$m(O) = 32,0 \text{ г} - 22,4 \text{ г} = 9,6 \text{ г}$

Теперь найдем количество вещества (число молей) атомов кислорода. Молярная масса кислорода $M(O) = 16$ г/моль.

$n(O) = \frac{m(O)}{M(O)} = \frac{9,6 \text{ г}}{16 \text{ г/моль}} = 0,6 \text{ моль}$

Для определения металла найдем его эквивалентную массу. Эквивалентная масса элемента — это масса, которая соединяется с 8 массовыми частями кислорода. Эквивалентная масса кислорода $E(O) = 8$ г/экв.

$E(Me) = \frac{m(Me)}{m(O)} \times E(O)$

$E(Me) = \frac{22,4 \text{ г}}{9,6 \text{ г}} \times 8 \text{ г/экв} = \frac{224}{96} \times 8 \text{ г/экв} = \frac{7}{3} \times 8 \text{ г/экв} = \frac{56}{3} \text{ г/экв} \approx 18,67 \text{ г/экв}$

Молярная масса металла связана с его эквивалентной массой и валентностью соотношением:

$M(Me) = E(Me) \times \text{валентность}(v)$

Проверим возможные целочисленные значения валентности:

• Если $v = 1$, то $M(Me) = \frac{56}{3} \times 1 \approx 18,67$ г/моль. Металла с такой молярной массой нет.
• Если $v = 2$, то $M(Me) = \frac{56}{3} \times 2 \approx 37,33$ г/моль. Металла с такой молярной массой нет.
• Если $v = 3$, то $M(Me) = \frac{56}{3} \times 3 = 56$ г/моль. Такая молярная масса соответствует железу (Fe).

Таким образом, неизвестный металл — это железо (Fe), проявляющее в данном оксиде валентность III. Формула оксида железа(III) — $Fe_2O_3$.

Проверка:

Молярная масса $Fe_2O_3 = 2 \times 56 + 3 \times 16 = 112 + 48 = 160$ г/моль.

Массовая доля железа в оксиде: $\omega(Fe) = \frac{2 \times 56}{160} = \frac{112}{160} = 0,7$.

Масса железа, которая может быть получена из 32,0 г оксида: $m(Fe) = m(Fe_2O_3) \times \omega(Fe) = 32,0 \text{ г} \times 0,7 = 22,4 \text{ г}$.

Полученное значение совпадает с данными в условии задачи, следовательно, формула определена верно.

Ответ: $Fe_2O_3$