Вопрос школьника
Від взаємодії двовалентного металу масою 1,3 г з сульфатною кислотою виділився газ об’ємом 0,448 л (н.у.). Який це метал? Складіть формули його оксиду, гідроксиду, вкажіть характер. Напишіть рівняння реакцій, що характеризують хімічні властивості гідроксиду
Ответ от учителя
Для розв’язання цієї задачі необхідно використати закон Дальтона про часткові тиски газів. Згідно з цим законом, сумарний тиск газової суміші дорівнює сумі часткових тисків окремих газів, які утворюють цю суміш.
Таким чином, можна записати наступну рівність:
P(газ) = P(атмосферний) — P(водяна пара)
де P(газ) — частковий тиск газу, який виділився під час реакції, P(атмосферний) — атмосферний тиск, P(водяна пара) — частковий тиск водяної пари, який утворився під час реакції.
За умовою задачі, об’єм газу дорівнює 0,448 л (н.у.), що означає, що при нормальних умовах температури і тиску (0 °C і 1 атм) об’єм газу дорівнює 0,448 л. Тому можна записати:
P(газ) = (1 атм — P(водяна пара))
Для визначення часткового тиску водяної пари можна скористатися таблицею насичених парів води при різних температурах. За умовою задачі, температура не вказана, тому можна прийняти середню температуру кімнати 25 °C. З таблиці насичених парів води видно, що при цій температурі частковий тиск водяної пари дорівнює 0,031 атм.
Тоді можна записати:
P(газ) = (1 атм — 0,031 атм) = 0,969 атм
Отже, частковий тиск газу, який виділився під час реакції, дорівнює 0,969 атм.
Для визначення металу, який взаємодіяв з сульфатною кислотою, необхідно скористатися таблицею стандартних електродних потенціалів. За умовою задачі, метал є двовалентним, тому можна шукати його серед металів зі стандартним електродним потенціалом більшим за +0,34 В (потенціал водню).
З таблиці видно, що серед металів зі стандартним електродним потенціалом більшим за +0,34 В є тільки два двовалентні метали — це мідь (Cu) і цинк (Zn). Щоб визначити, який саме метал взаємодіяв з сульфатною кислотою, необхідно порівняти масу металу з масою міді і цинку. За умовою задачі, маса металу дорівнює 1,3 г, що більше маси міді (63,5 г) і менше маси цинку (65,4 г). Тому можна зробити висновок, що це цинк.
Таким чином, метал, який взаємодіяв з сульфатною кислотою, — це цинк (Zn).
Формула його оксиду — ZnO, формула гідроксиду — Zn(OH)2. Гідроксид цинку є амфотерним, тобто він може реагувати як з кислотами, так і з лугами.
Рівняння реакцій, що характеризують хімічні властивості гідроксиду цинку:
1. З кислотою:
Zn(OH)2 + 2HCl → ZnCl2 + 2H2O
2. З лугом:
Zn(OH)2 + 2NaOH → Na2ZnO2 + 2H2O
У першому випадку гідроксид цинку реагує з хлоридною кислотою, утворюючи хлорид цинку і воду. У другому випадку гідроксид цинку реагує з гідроксидом натрію, утворюючи осад цинкату натрію і воду.
