Дано:
m(смеси Mg + Cu)=64г
V(H₂)=10л.
Vm=22,4л./моль
----------------------
m(Mg)-? m(Cu)-?
n(Mg)-? n(Cu)-?
Решение:
1. С соляной кислотой будет взаимодействовать только магний:
Mg+2HCI=MgCI₂+H₂
2. Определим количество водорода в 10л.:
n(H₂)=V(H₂)÷Vm
n(H₂)=10л.÷22,4л./моль=0,45моль
3.
По уравнению реакции:
n(Mg)=1моль n(H₂)=1моль
по условию задачи:
n₁(Mg)=0,45моль n₁(H₂)=0,45моль
4. Определим молярную массу магния и его массу количеством вещества 0,45моль:
M(Mg)=24г./моль
m(Mg)=n₁(Mg)xM(Mg)
m(Mg)=0,45мольх24г./моль=10,8г.
5. Определим массу меди:
m(Cu)=m(смеси Mg + Cu)-m(Mg)
m(Cu)=64г.-10,8г.=53,2г.
6. Определим молярную массу меди и ее количество вещества в 53,2г.:
M(Cu)=64г./моль
n(Cu)=m(Cu)÷M(Cu)
n(Cu)=53,2г÷64г./моль=0,8моль
7. Ответ: в 64г.смеси магния и меди:
масса магния 10,8г и количество вещества 0,45моль;
масса меди 53,2г и количество вещества 0,8моль
Переведем литры водорода в количество вещества водорода ("в моль")
0,672 л / 22,4 л/моль = 0,03 моль
0,448 л / 22,4 л/моль = <span>0,02 моль
</span>Пусть х - степень окисления металла в оксиде Me₂Oₓ. (индекс 2 при Me из-за двухвалентности кислорода)
Пусть а - степень окисления металла в хлориде MeClₐ.(индекса при Me нет, потому что соляная кислота одноосновная)
Пусть А - атомная масса металла Me.
Пусть А2 - молекулярная масса оксида металла Me₂Oₓ<span>.
</span>Тогда уравнения реакции восстановления водородом оксида металла и вытеснения металлом водорода из кислоты в общем виде:
Me₂Oₓ + xH₂ = 2Me + xH₂O
0,03 / х моль 0,03 моль 2*0,03 / х моль
1,6 г
Me + аHCl = MeClₐ + а /2 * H₂
2*0,02 / а моль <span>0,02 моль
1,12 г
(Множители и делители появились для учета коэффициентов. Например, в первом уравнении водорода получается xH</span>₂ и это составляет 0.03 моль, а оксида было <span>Me₂Oₓ - в х раз меньше, чем водорода, то есть 0,03/х. И так далее</span><span>)
Количество вещества n = m / M
</span>Количество вещества искомого металла n(Me) = m(Me) / A
Количество вещества оксида металла n(Me₂Oₓ) = m(Me₂Oₓ) / A2
<span>
Из двух уравнений получается, что
</span>0,03/х = 1,6 / А2
2*0,02/а = 1,12 / А <span>
Отсюда отношения А и А2 к а и х соответственно:
А2 / х = 1,6 / 0,03 = 53,3 </span>г/моль<span>
</span>А / а = 1,12 / (2*0,02) = 28 г/моль
Исследуем возможные значения а
а=1, А=28 - ближайшие по массе элементы - алюминий Al (27) и кремний Si (28). Однако Si - неметалл. а Al - не образует одновалентных соединений.
а=2, А = 2*28 = 56 - ближайшие по массе элементы - железо Fe(55,84) и кобальт Co(58,93).
Допустим, это железо. Ведь оно действительно реагирует с соляной кислотой с вытеснением водорода и образованием хлорида железа (II), то есть со степенью окисления +2.
Согласуется ли это с формулой оксида?
А2 / х = 1,6 / <span>0,03 = 53,3
</span>х = 1, А2 = 53,3
Тогда формула оксида Me₂O, что соответствует одновалентному металлу.
Если M(Me₂O) = 53.3,
то A(Me) = (53.3 - 16) / 2 = 18.65 г/моль.
Ближайшие по массе элементы - кислород O (16) и фтор F(19). Они оба неметаллы.
х = 2, А2 = 53,3*2 = 106,6 г/моль
Тогда формула оксида Me₂O₂.
Если M(Me₂O₂) = 106.6,
то A(Me) = 106.6 / 2 - 16 = 37,3 г/моль.
Ближайшие по массе элементы - хлор Cl (35) и аргон Ar (40). Хлор - неметалл, аргон - инертный газ.
х=3, А2 = 53,3*3 = 159,9 г/моль
Тогда формула оксида Me₂O₃.
Если M(Me₂O₃) = 159,9,
то A(Me) = (159,9 - 3*16) / 2 = 55,95 г/моль.
Ближайшие по массе элементы - <span> железо Fe (55,84) и кобальт Co (58,93)
</span>Оксид железа Fe₂O₃ действительно существует и может быть восстановлен водородом.
Итак, только один металл - железо Fe - соответствует обоим уравнениям:
Fe₂O₃ + 3 H₂ = 2 Fe + 3 H₂O
0,01 моль 0,03 моль 0.02 моль
(количество вещества продуктов и реагентов вычислено по самым первым уравнением реакций, где уже учтены коэффициенты. Поэтому домножать или делить на реальные коэффициенты не нужно)
M(Fe₂O₃) = 2 * 55.85 + 3*16 = 159.7 г/моль
m(Fe₂O₃) = 0.01 моль * 159.7 г/моль = 1,597 г ≈ 1,6 г. (совпадает с условием задачи)
m(Fe) = 0,02 моль * 55,85 г/моль = 1,117 г ≈ 1,12
Fe + 2 HCl = FeCl₂ + H₂
0,02 моль 0.02 моль
M(Fe) = 55.85 г/моль
m(Fe) = 0.02 моль * 55.85 г/моль = 1,117 г ≈ 1,12 (совпадает с условием задачи)
Как видно, количество вещества (и масса) железа, полученного в первой реакции и израсходованного во второй реакции, совпадает.
<span>Разница же объемов водорода, израсходованного в первой реакции и полученного во второй реакции связана с тем, что положительные степени окисления железа в этих реакциях не совпадают. В первой реакции водорода нужно больше, чтобы восстановить железо из более глубокой степени окисления. Во второй реакции железо окисляется не так глубоко, поэтому водорода выделяется меньше.
</span>
Mr(C6H14) = 12*6 + 1*14=86
W(C) = Ar(C) *n / Mr(C6H14) *100% = 12*6 / 86 *100% =84%
W(H) = Ar(H) *n / Mr(C6H14) *100% = 1*14 / 86 *100% = 16%