Дано:
- Масса металла (m) = 6,4 г
- Объем газа (V) = 4,48 дм³ = 4,48 л = 0,00448 м³ (при н.у.)
- Массовая доля азота (w_N) = 30,45%
- Массовая доля кислорода (w_O) = 69,55%
- Относительная плотность газа по воздуху (d) = 1,586
Найти: неизвестный металл.
Решение:
1. Найдём молекулярную массу газа.
Относительная плотность газа по воздуху d определяется как:
d = M_gas / M_air,
где M_air ≈ 29 г/моль (для воздуха).
Следовательно,
M_gas = d * M_air = 1,586 * 29 ≈ 46,0 г/моль.
2. Определим состав газа.
Состав газа можно найти из массовых долей:
Масса газа в 1 моль = M_gas = 46 г.
- Масса азота (m_N) = 46 г * 0,3045 ≈ 14 г.
- Масса кислорода (m_O) = 46 г * 0,6955 ≈ 32 г.
3. Найдем количество атомов каждого элемента в газе.
- Количество молей азота (n_N) = m_N / M_N = 14 г / 14 г/моль = 1 моль.
- Количество молей кислорода (n_O) = m_O / M_O = 32 г / 16 г/моль = 2 моль.
Таким образом, газ имеет формулу N2O2, что соответствует NO2.
4. Найдём количество молей газа, образовавшегося в реакции:
Используя формулу идеального газа PV = nRT, при нормальных условиях V = 22,4 л/моль.
Количество молей газа (n) = V / 22,4 л/моль = 4,48 л / 22,4 л/моль = 0,2 моль.
5. Установим, сколько металла реагировало. В реакции металла с кислотой образуется соль и газ NO2. Степень окисления металла +2 указывает на то, что его формула будет вида M(NO2)2.
Поскольку 0,2 моль NO2 образуется, это соответствует 0,1 молю металла (так как на каждую 1 моль металла образуется 2 моля NO2).
6. Теперь найдем массу металла, который реагировал:
m_M = n_M * M_M,
где n_M = 0,1 моль.
Так как мы знаем, что масса металла равна 6,4 г,
6,4 г = 0,1 моль * M_M => M_M = 64 г/моль.
7. Установим неизвестный металл.
Металлы с относительной атомной массой около 64 г/моль – это медь (Cu) или никель (Ni). Но поскольку степень окисления +2 наиболее часто проявляется у меди, скорее всего, это медь.
Ответ: Неизвестный металл - медь (Cu).