Определите металл, если при нагревании его оксида массой 9,6 г в реакции с водородом была получена вода массой 3,24

Sverkayuschiy_Dzhentlmen_3009

25

Чтобы определить металл, участвующий в реакции, нам нужно проанализировать изменение масс веществ и подумать о степени окисления.

Из условия задачи известно, что при реакции оксида массой 9,6 г с водородом была получена вода массой 3,24 г. Заметим, что вода образуется за счет реакции оксида с водородом, и степень окисления металла в оксиде осталась неизменной.

Теперь давайте рассмотрим реакцию между оксидом металла и водородом. Уравнение реакции запишется следующим образом:

\[M_xO_y + zH_2 \rightarrow xM + y/2O_2 + zH_2O\]

Где М - металл, \(x\) - мольный коэффициент металла, \(y\) - мольный коэффициент кислорода, \(z\) - мольный коэффициент водорода.

Массы веществ, участвующих в данной реакции, между собой связаны мольными отношениями. При больших концентрациях оксида и водорода можно рассмотреть их массы, как пропорцию числа молей веществ. То есть, мы можем записать следующее:

\[\frac{m_{H_2O}}{M_{H_2O}} = \frac{n_{H_2O}}{N_{H_2O}}\]
\[\frac{m_{M_xO_y}}{M_{M_xO_y}} = \frac{n_{M_xO_y}}{N_{M_xO_y}}\]
\[\frac{m_{H_2}}{M_{H_2}} = \frac{n_{H_2}}{N_{H_2}}\]

Где \(m_{H_2O}\), \(m_{M_xO_y}\) и \(m_{H_2}\) - массы воды, оксида и водорода соответственно, \(M_{H_2O}\), \(M_{M_xO_y}\) и \(M_{H_2}\) - молярные массы воды, оксида и водорода соответственно, \(n_{H_2O}\), \(n_{M_xO_y}\) и \(n_{H_2}\) - количество веществ в молях воды, оксида и водорода соответственно, \(N_{H_2O}\), \(N_{M_xO_y}\) и \(N_{H_2}\) - стехиометрические коэффициенты воды, оксида и водорода соответственно.

Из уравнения реакции следует, что \(N_{H_2O} = 1\), так как коэффициент перед водой равен 1. Теперь мы можем записать:

\[\frac{m_{H_2O}}{M_{H_2O}} = \frac{n_{H_2O}}{1}\]
\[\frac{m_{M_xO_y}}{M_{M_xO_y}} = \frac{n_{M_xO_y}}{1}\]
\[\frac{m_{H_2}}{M_{H_2}} = \frac{n_{H_2}}{z}\]

Теперь подставим полученные значения:

\[\frac{3,24}{18} = n_{H_2O}\]
\[\frac{9,6}{M_{M_xO_y}} = n_{M_xO_y}\]
\[\frac{m_{H_2}}{2} = \frac{n_{H_2}}{z}\]

Отсюда можно сделать вывод, что атомы водорода входят в реакцию в отношении 1 к \(z\), где \(z\) - коэффициент перед водородом в уравнении реакции.

Атомы кислорода также участвуют в реакции и входят в оксид в отношении \(y/2\) к \(x\), так как кислород в оксиде находится в двойном меньшем количестве.

Теперь, учитывая, что молярные массы веществ связаны с их молярными отношениями, мы можем записать:

\[\frac{9,6}{M_{M_xO_y}} = \frac{1}{1}\]
\[\frac{m_{H_2}}{2} = \frac{y/2}{x}\]

Отсюда можно определить соотношение между массой вещества и его молярной массой:

\[M_{M_xO_y} = 9,6\]
\[M_{H_2} = \frac{2y}{x} \cdot m_{H_2}\]

Теперь, когда у нас есть выражение для молярной массы оксида, мы можем рассчитать ее значение, зная, что массовое соотношение между оксидом и водой составляет 9,6 к 3,24.

\[\frac{M_{M_xO_y}}{M_{H_2O}} = \frac{m_{M_xO_y}}{m_{H_2O}}\]
\[\frac{M_{M_xO_y}}{18} = \frac{9,6}{3,24}\]

Таким образом, найденное значение molar mass М оксида позволяет определить его элемент составляющий и соответственно, металл, если взять значение оксида и найти соответствующее ему молярную массу на основе данных периодической таблицы элементов.