Вопрос школьника
При взаимодействии щелочноземельного металла массой 3,425 г с водой выделился водород объемом 560 мл (н.у.) Определите, какой металл взят для реакции
Ответ от учителя
Для решения данной задачи необходимо использовать закон пропорций в химии. Согласно этому закону, вещества реагируют между собой в определенных пропорциях, которые можно выразить через их массы или объемы.
В данном случае мы знаем массу металла и объем выделившегося водорода. Для определения металла, который был использован в реакции, необходимо вычислить количество выделившегося водорода в условиях нормальных условий (н.у.), то есть при температуре 0 градусов Цельсия и давлении 101,3 кПа.
Для этого необходимо воспользоваться уравнением состояния идеального газа:
PV = nRT
где P — давление газа, V — его объем, n — количество вещества (в молях), R — универсальная газовая постоянная, T — температура газа в кельвинах.
Переведем объем выделившегося водорода в молярный объем при н.у.:
V1 = V2 * (P2/P1) * (T1/T2) = 560 мл * (101,3 кПа/101,3 кПа) * (273 К/273 К) = 0,0224 моль
Зная количество выделившегося водорода, можно вычислить количество металла, который был использован в реакции. Для этого необходимо воспользоваться уравнением реакции металла с водой:
M + 2H2O → MOH + H2
где M — металл, MOH — гидроксид металла.
Согласно уравнению реакции, на каждый моль металла выделяется 1 моль водорода. Следовательно, количество металла можно вычислить по формуле:
n(M) = n(H2)/2 = 0,0112 моль
Далее необходимо вычислить массу металла, используя его количество в молях и молярную массу:
m(M) = n(M) * M(M)
где M(M) — молярная масса металла.
Для определения металла необходимо знать его молярную массу. Щелочноземельные металлы включают в себя бериллий (Be), магний (Mg), кальций (Ca), стронций (Sr) и барий (Ba). Их молярные массы соответственно равны 9,01 г/моль, 24,31 г/моль, 40,08 г/моль, 87,62 г/моль и 137,33 г/моль.
Вычислим массу металла для каждого из возможных вариантов:
— Для бериллия: m(Be) = 0,0112 моль * 9,01 г/моль = 0,101 г
— Для магния: m(Mg) = 0,0112 моль * 24,31 г/моль = 0,273 г
— Для кальция: m(Ca) = 0,0112 моль * 40,08 г/моль = 0,449 г
— Для стронция: m(Sr) = 0,0112 моль * 87,62 г/моль = 0,980 г
— Для бария: m(Ba) = 0,0112 моль * 137,33 г/моль = 1,54 г
Следовательно, при взаимодействии щелочноземельного металла массой 3,425 г с водой и выделении водорода объемом 560 мл (н.у.) был использован бериллий (Be).
