Номер 3, страница 115, часть 2 - гдз по химии 11 класс учебник Оспанова, Аухадиева

3. Металлическая пластинка массой 50 г после погружения в раствор соляной кислоты уменьшилась в массе на 1,68%, при этом выделилось 0,336 л газа (н.у.). Из какого металла была изготовлена пластинка?

Дано:

масса пластинки $m_{пластинки} = 50$ г

уменьшение массы $\omega_{потери} = 1,68\%$

объем выделившегося газа (н.у.) $V_{газа} = 0,336$ л

молярный объем газа при н.у. $V_m = 22,4$ л/моль

Найти:

Металл (Me)

Решение:

1. Найдем массу металла, которая прореагировала с соляной кислотой. Эта масса равна потере массы пластинки, так как металл перешел из твердого состояния в раствор в виде ионов.

$m(Me) = m_{пластинки} \times \frac{\omega_{потери}}{100\%} = 50 \text{ г} \times \frac{1,68\%}{100\%} = 0,84 \text{ г}$

2. При взаимодействии металлов, стоящих в ряду электрохимических напряжений до водорода, с соляной кислотой выделяется газообразный водород ($H_2$). Составим общее уравнение реакции, обозначив валентность неизвестного металла через $\text{x}$:

$Me + xHCl \rightarrow MeCl_x + \frac{x}{2}H_2\uparrow$

3. Рассчитаем количество вещества (число моль) выделившегося водорода, используя его объем при нормальных условиях (н.у.).

$n(H_2) = \frac{V(H_2)}{V_m} = \frac{0,336 \text{ л}}{22,4 \text{ л/моль}} = 0,015 \text{ моль}$

4. Используя стехиометрические коэффициенты в уравнении реакции, найдем количество вещества прореагировавшего металла.

Из уравнения следует соотношение: $\frac{n(Me)}{1} = \frac{n(H_2)}{x/2}$

Выразим количество вещества металла:

$n(Me) = \frac{2 \times n(H_2)}{x} = \frac{2 \times 0,015 \text{ моль}}{x} = \frac{0,03}{x} \text{ моль}$

5. Зная массу и количество вещества прореагировавшего металла, можем рассчитать его молярную массу ($\text{M}$).

$M(Me) = \frac{m(Me)}{n(Me)} = \frac{0,84 \text{ г}}{\frac{0,03}{x} \text{ моль}} = \frac{0,84 \times x}{0,03} \text{ г/моль} = 28x \text{ г/моль}$

6. Теперь проверим возможные значения валентности металла ($\text{x}$), которые обычно равны 1, 2 или 3, чтобы найти его молярную массу и определить элемент.

• Если валентность $x=1$, то $M(Me) = 28 \times 1 = 28$ г/моль. Ближайший элемент — кремний (Si), который является металлоидом и не реагирует с соляной кислотой с выделением водорода. Металлов с такой молярной массой и валентностью I нет.
• Если валентность $x=2$, то $M(Me) = 28 \times 2 = 56$ г/моль. Эта молярная масса соответствует железу (Fe). Железо — металл, который реагирует с соляной кислотой, проявляя валентность II.
• Если валентность $x=3$, то $M(Me) = 28 \times 3 = 84$ г/моль. Эта молярная масса соответствует криптону (Kr), который является инертным газом, а не металлом.

Таким образом, единственный подходящий вариант — это железо. Уравнение реакции железа с соляной кислотой подтверждает валентность II:

$Fe + 2HCl \rightarrow FeCl_2 + H_2\uparrow$

Ответ: пластинка была изготовлена из железа (Fe).