Номер 4, страница 66, часть 1 - гдз по химии 10 класс учебник Оспанова, Аухадиева

•4. При взаимодействии 1,04 г некоторого металла с раствором кислоты выделилось 0,448 л водорода (при н. у.). Определите этот металл.

Ответ: хром.

Дано:

$m(Me) = 1.04 \text{ г}$

$V(H_2) = 0.448 \text{ л}$ (н. у.)

Найти:

Неизвестный металл - ?

Решение:

1. Сначала найдем количество вещества (число моль) выделившегося водорода. Поскольку объем дан при нормальных условиях (н. у.), мы можем использовать молярный объем газов, который при н. у. равен $V_m = 22.4 \text{ л/моль}$.

Формула для расчета количества вещества газа:

$n = \frac{V}{V_m}$

Подставим наши значения:

$n(H_2) = \frac{0.448 \text{ л}}{22.4 \text{ л/моль}} = 0.02 \text{ моль}$

2. Запишем общее уравнение реакции металла с кислотой. Кислоты-неокислители (например, HCl, разбавленная $H_2SO_4$) реагируют с металлами, стоящими в ряду напряжений до водорода, с выделением $H_2$. Металл при этом переходит в соль, проявляя некоторую степень окисления (валентность), которую мы обозначим как $\text{n}$.

Обобщенное уравнение реакции выглядит так:

$2Me + 2n H^+ \rightarrow 2Me^{n+} + n H_2\uparrow$

Из уравнения реакции видно, что из 2 моль металла образуется $\text{n}$ моль водорода. Составим пропорцию по количеству вещества:

$\frac{n(Me)}{2} = \frac{n(H_2)}{n}$

3. Выразим количество вещества металла $n(Me)$ через его массу $m(Me)$ и молярную массу $M(Me)$:

$n(Me) = \frac{m(Me)}{M(Me)}$

4. Теперь объединим полученные соотношения, чтобы найти молярную массу неизвестного металла. Выразим $n(Me)$ из пропорции:

$n(Me) = \frac{2 \cdot n(H_2)}{n}$

Приравняем два выражения для $n(Me)$:

$\frac{m(Me)}{M(Me)} = \frac{2 \cdot n(H_2)}{n}$

Выразим отсюда молярную массу $M(Me)$:

$M(Me) = \frac{m(Me) \cdot n}{2 \cdot n(H_2)}$

Подставим известные значения массы металла и количества вещества водорода:

$M(Me) = \frac{1.04 \text{ г} \cdot n}{2 \cdot 0.02 \text{ моль}} = \frac{1.04 \cdot n}{0.04} \text{ г/моль} = 26 \cdot n \text{ г/моль}$

5. Молярная масса металла связана с его валентностью $\text{n}$ в данном соединении. Будем перебирать возможные целочисленные значения валентности металлов (I, II, III и т.д.), чтобы найти подходящий элемент в периодической таблице.

• Если валентность $n = 1$, то $M(Me) = 26 \cdot 1 = 26 \text{ г/моль}$. В периодической таблице нет металла с такой молярной массой (ближайшие - натрий Na (23 г/моль) и магний Mg (24.3 г/моль)).

• Если валентность $n = 2$, то $M(Me) = 26 \cdot 2 = 52 \text{ г/моль}$. Такая молярная масса соответствует хрому (Cr). Хром — металл, который может проявлять степень окисления +2 при реакции с кислотами-неокислителями, например: $Cr + 2HCl \rightarrow CrCl_2 + H_2\uparrow$. Этот вариант подходит.

• Если валентность $n = 3$, то $M(Me) = 26 \cdot 3 = 78 \text{ г/моль}$. Металла с такой молярной массой нет (ближайшие — мышьяк As (75 г/моль), который является металлоидом, и селен Se (79 г/моль) — неметалл).

Наиболее вероятным является второй случай, где металл имеет валентность II и молярную массу 52 г/моль.

Таким образом, неизвестный металл — это хром.

Ответ: хром.