Решение задачи по неорганической химии: Определение металла из сульфида
TutorialУчебное видео•44 views•Nov 16, 2021
Подробный разбор задачи на растворение сульфида двухвалентного металла и его окисление с использованием бихромата калия
Blurb
- Рассматривается задача на растворение сульфида двухвалентного металла в соляной кислоте с образованием хлорида металла.
- Показано, как определить металл по массе хлорида и количеству раствора бихромата калия, необходимого для окисления до трехвалентного состояния.
- Используются уравнения химических реакций и расчеты молярных масс для нахождения атомной массы металла.
- В итоге выявляется, что неизвестный металл — железо, а исходным веществом был сульфид железа (FeS).
Want the big picture?
Highlighted Clips
Постановка задачи
Объяснение условий задачи: растворение сульфида металла и окисление хлорида металла.
Запись уравнений реакций
Формулировка химических уравнений для реакции сульфида с соляной кислотой и окисления хлорида металла.
Расчет массы бихромата калия
Определение массы действующего вещества в растворе бихромата калия и вычисление количества вещества.
Вычисление количества вещества хлорида металла
Расчет молей хлорида металла и сульфида металла на основе данных о растворе и реакции.
Introduction and Problem Statement
The video opens with the presentation of a classic inorganic chemistry problem involving a divalent metal sulfide reacting with hydrochloric acid. The problem states:
"При растворении сульфида двухвалентного металла в соляной кислоте образовалось 7,62 г хлорида металла. На его окисление до трехвалентного состояния требуется 196 г 1,5%-го раствора бихромата калия. Реакция идет в среде с серной кислотой. Сульфид какого металла был взят?"
(When dissolving a divalent metal sulfide in hydrochloric acid, 7.62 g of the metal chloride was formed. To oxidize it to the trivalent state, 196 g of a 1.5% potassium dichromate solution is required. The reaction occurs in a sulfuric acid medium. Which metal sulfide was taken?)
This sets the stage for a stoichiometric and redox analysis to identify the metal based on the given data.
Key points:
- Metal sulfide with metal in +2 oxidation state reacts with HCl.
- Formation of metal chloride weighing 7.62 g.
- Oxidation to +3 state requires potassium dichromate (K₂Cr₂O₇) in acidic medium.
- The amount of potassium dichromate solution used is 196 g at 1.5% concentration.
- Goal: Identify the metal in the sulfide.
Writing the Chemical Reactions and Understanding the System
The presenter writes the chemical equations to clarify the transformations:
"Если это сульфид двухвалентного металла, следовательно реакция будет иметь следующий вид: металл с плюс 2 + HCl образуется металл хлорид 2 + H₂S."
(If this is a divalent metal sulfide, the reaction will be: metal²⁺ + HCl → metal chloride₂ + H₂S.)
Then, the oxidation reaction is described:
"На его окисление до трехвалентного состояния требуется бихромат калия в среде серной кислоты."
(For its oxidation to the trivalent state, potassium dichromate in sulfuric acid is required.)
The full balanced redox reaction is written, involving the conversion of metal(II) chloride to metal(III) chloride using potassium dichromate and sulfuric acid, producing chromium(III) sulfate and water.
Key points:
- Initial dissolution:
MetalS + 2HCl → MetalCl₂ + H₂S - Oxidation step:
6 MetalCl₂ + K₂Cr₂O₇ + 7 H₂SO₄ → 6 MetalCl₃ + Cr₂(SO₄)₃ + 7 H₂O + K₂SO₄ - The reaction medium is acidic (H₂SO₄).
- Potassium dichromate acts as the oxidizing agent.
Calculating the Amount of Potassium Dichromate Used
The presenter explains how to find the actual mass of potassium dichromate (K₂Cr₂O₇) in the 196 g of 1.5% solution:
"Полтора процентный раствор означает, что в 100 граммах раствора содержится 1.5 грамма K₂Cr₂O₇. Значит в 196 граммах раствора содержится..."
(A 1.5% solution means 1.5 g K₂Cr₂O₇ per 100 g solution. Therefore, in 196 g solution, there is...)
The calculation is:
- Mass of K₂Cr₂O₇ = 196 g × 0.015 = 2.94 g
Then, the molar mass of K₂Cr₂O₇ is given as 294 g/mol, so:
- Number of moles of K₂Cr₂O₇ = 2.94 g / 294 g/mol = 0.01 mol
Key points:
- Mass of K₂Cr₂O₇ in solution: 2.94 g
- Molar mass of K₂Cr₂O₇: 294 g/mol
- Moles of K₂Cr₂O₇: 0.01 mol
Relating Moles of Potassium Dichromate to Metal Chloride
The stoichiometry of the oxidation reaction is used to relate moles of K₂Cr₂O₇ to moles of metal chloride:
"Если K₂Cr₂O₇ составляет 0.01 моль, то количество хлорида неизвестного двухвалентного металла будет в 6 раз больше, то есть 0.06 моль."
(If K₂Cr₂O₇ is 0.01 mol, then the amount of metal chloride is 6 times greater, i.e., 0.06 mol.)
This comes from the balanced equation where 1 mole of K₂Cr₂O₇ oxidizes 6 moles of metal(II) chloride to metal(III) chloride.
Key points:
- Moles of metal chloride (MetalCl₂) = 6 × moles of K₂Cr₂O₇ = 0.06 mol
- Moles of metal sulfide initially = 0.06 mol (since 1:1 ratio with metal chloride)
Determining the Molar Mass of the Metal Chloride and Metal
Using the mass of metal chloride formed (7.62 g) and the moles calculated (0.06 mol), the molar mass of the metal chloride is found:
"7.62 г / 0.06 моль = 127 г/моль — молярная масса хлорида металла."
(7.62 g / 0.06 mol = 127 g/mol — molar mass of metal chloride.)
Since the metal chloride is MetalCl₂, and chlorine's atomic mass is approximately 35.5 g/mol, the mass of two chlorine atoms is 71 g/mol. Subtracting this from 127 g/mol gives the atomic mass of the metal:
- Metal atomic mass = 127 - 71 = 56 g/mol
This corresponds to iron (Fe).
Key points:
- Molar mass of MetalCl₂ = 127 g/mol
- Mass of 2 Cl atoms = 71 g/mol
- Atomic mass of metal = 56 g/mol → Iron (Fe)
- Therefore, the metal sulfide is iron(II) sulfide (FeS).
Conclusion and Final Answer
The presenter concludes:
"Следовательно, неизвестный металл — это железо, а исходной солью является сульфид железа (FeS)."
(Therefore, the unknown metal is iron, and the original salt is iron sulfide (FeS).)
The problem is solved by combining stoichiometric calculations with redox reaction understanding, confirming the metal identity.
Key points:
- The metal is iron (Fe).
- The original compound was iron(II) sulfide (FeS).
- The problem demonstrates practical application of stoichiometry and redox chemistry in inorganic analysis.
Summary of the Problem-Solving Process
- Identified the initial reaction of metal sulfide with HCl forming metal chloride and H₂S.
- Wrote the oxidation reaction of metal(II) chloride to metal(III) chloride using potassium dichromate in acidic medium.
- Calculated the actual mass and moles of potassium dichromate from the given solution concentration and mass.
- Used stoichiometry to find moles of metal chloride and metal sulfide.
- Calculated molar mass of metal chloride from given mass and moles.
- Derived atomic mass of metal by subtracting chlorine mass.
- Matched atomic mass to iron, identifying the metal sulfide as FeS.
This step-by-step approach highlights the importance of balancing chemical equations, understanding redox stoichiometry, and careful unit conversions in solving inorganic chemistry problems.
Key Questions
Определённый металл — железо, исходным веществом был сульфид железа (FeS).
Have more questions?
Analyzing video...
This may take a few moments.