Расстояния между электрическимицентрами тяжести противоположных зарядов и величина этих зарядов у разных молекул различны, в связи с чем различна и их полярность, которая характеризуется дипольным моментом молекулы. Диполем называется система из двух одинаковых по величине разноименных электрических зарядов д, расположенных на некотором расстоянии I друг от друга. За меру полярности принимается величинадипольного момента х, который представляет собой произведение заряда д на расстояние I, т. е. 1 = д1. У неполярных молекул дипольный момент равен нулю, так как при совпадении электрическихцентров тяжести расстояние I между зарядами равно нулю. У полярных молекул дипольный момент больше нуля.
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 = 0,02 моль
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. 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 0,02 моль 1,12 г
(Множители и делители появились для учета коэффициентов. Например, в первом уравнении водорода получается xH₂ и это составляет 0.03 моль, а оксида было Me₂Oₓ - в х раз меньше, чем водорода, то есть 0,03/х. И так далее)
Количество вещества n = m / M Количество вещества искомого металла n(Me) = m(Me) / A Количество вещества оксида металла n(Me₂Oₓ) = m(Me₂Oₓ) / A2
Из двух уравнений получается, что 0,03/х = 1,6 / А2 2*0,02/а = 1,12 / А
Отсюда отношения А и А2 к а и х соответственно: А2 / х = 1,6 / 0,03 = 53,3 г/моль 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 / 0,03 = 53,3 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 - железо Fe (55,84) и кобальт Co (58,93) 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
Как видно, количество вещества (и масса) железа, полученного в первой реакции и израсходованного во второй реакции, совпадает. 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.
