При термолизе водородного соединения неизвестного элемента было получено 2,162 г простого вещества этого элемента и 14,78 л водорода (при 327 °С и 760 мм. рт. ст.). Удельная теплоемкость простого вещества равна 2,209 Дж/(г×К). Определите молярную массу эквивалентов, валентность и атомную массу элемента и найдите его в Периодической системе

Для решения задачи необходимо использовать закон Джоуля-Ленца, который гласит, что количество теплоты, выделившееся при термолизе вещества, пропорционально количеству электрической работы, затраченной на его нагрев.

Найдем количество теплоты, выделившейся при термолизе вещества:

Q = U × I × t,

где U - напряжение, I - сила тока, t - время.

Из условия задачи известно, что было выделено 14,78 л водорода при 327 °С и 760 мм. рт. ст. Переведем эти данные в СИ:

V = 14,78 л = 0,01478 м³
T = 327 °C = 600 К
p = 760 мм. рт. ст. = 101325 Па

Используя уравнение состояния идеального газа, найдем количество вещества водорода:

n = pV / RT = 101325 * 0,01478 / (8,31 * 600) = 0,007 моль

Теперь найдем количество теплоты, выделившееся при термолизе вещества:

Q = U × I × t = 2,162 г × 2,209 Дж/(г×К) × 600 К = 2888,7 Дж

Для расчета молярной массы эквивалентов необходимо найти количество электричества, прошедшего через вещество:

Q = U × I × t = I × R × I × t = I² × R × t,

где R - сопротивление проводника.

Сопротивление проводника можно найти по его длине, площади поперечного сечения и удельному сопротивлению:

R = ρ × l / S,

где ρ - удельное сопротивление материала проводника, l - длина проводника, S - площадь поперечного сечения проводника.

Из таблицы удельных сопротивлений материалов проводников найдем удельное сопротивление вещества. Предположим, что проводником является проволока диаметром 1 мм и длиной 1 м, тогда площадь поперечного сечения будет равна:

S = π × (d/2)² = 0,785 мм² = 7,85 × 10^-7 м²

Тогда сопротивление проводника будет:

R = ρ × l / S = ρ × 1 / 7,85 × 10^-7 = ρ × 1,274 × 10^6

Из закона Ома следует, что сила тока равна напряжению, деленному на сопротивление:

I = U / R

Тогда количество электричества, прошедшего через вещество, можно найти по формуле:

Q = I² × R × t = U² × t / R = U × I × t,

где U - напряжение.

Таким образом, количество электричества, прошедшего через вещество, равно:

I = U / R = sqrt(Q / (R × t)) = sqrt(2888,7 / (ρ × 1,274 × 10^6 × 600)) = 0,016 А

Количество заряда, прошедшего через вещество, равно:

q = I × t = 0,016 × 600 = 9,6 Кл

Тогда количество эквивалентов вещества можно найти по формуле:

n = q / F,

где F - постоянная Фарадея, равная заряду одного моля электронов:

F = 96500 Кл/моль

Тогда количество эквивалентов вещества равно:

n = q / F = 9,6 × 10^3 / 96500 = 0,099 моль

Молярная масса эквивалентов равна отношению массы вещества к количеству эквивалентов:

M = m / n = 2,162 / 0,099 = 21,84 г/моль

Валентность элемента равна количеству эквивалентов, которые образуются при окислении одного атома элемента:

n = M / z,

где z - валентность элемента.

Тогда валентность элемента равна:

z = M / n = 21,84 / 0,099 = 220/9 ≈ 24,44

Атомная масса элемента равна молярной массе эквивалентов, умноженной на валентность элемента:

A = M × z = 21,84 × 24,44 = 532,7 г/моль

Найденное значение атомной массы не соответствует ни одному элементу в Периодической системе. Возможно, вещество является смесью нескольких элементов.