С началом Великой Отечественной войны потребовалась коренная перестройка всей промышленности СССР, в первую очередь металлургической отрасли. Особо остро стоял вопрос о…
С началом Великой Отечественной войны потребовалась коренная перестройка всей промышленности СССР, в первую очередь металлургической отрасли. Особо остро стоял вопрос о производстве высококачественной стали. Важнейшей легирующей добавкой для получения прочных сталей является металл Х. В Советском Союзе основными местами его добычи были Никопольское (Украина) и Чиатурское (Кавказ) месторождения. Но уже в 1941 году фашисты оккупировали большую часть Украины. Летом 1942-го гитлеровская Германия наступала на Кавказ. Срочно потребовался ввод нового месторождения. Им стало Полуночное месторождение на Северном Урале, в глухой тайге. Качество руды из Полуночного существенно уступало Никополю и Чиатуре, но, благодаря героическим стараниям строителей, инженеров, химиков и металлургов, уже в 1942 году страна получила необходимый металл Х. Основным рудообразующим минералом был карбонат XCO3, содержащий 47,8% Х по массе. Определите металл Х
Задача — определить металл Х, исходя из условий: содержащие 47,8% Х по массе минералы карбоната XCO₃, и что этот металл является легирующей добавкой, важной для создания прочных сталей.
Дано:
- Минерал — карбонат XCO₃
- Массовая доля Х в минерале — 47,8%
- Х — металл (легирующая добавка для сталей)
Шаг 1: Определение молярных масс компонентов
Молярная масса карбонат-ионa (CO₃²⁻): \[ M_{CO_3} = 12 (\text{C}) + 3 \times 16 (\text{O}) = 12 + 48 = 60\,\text{г/моль} \]
Молярная масса металла Х (неизвестна, обозначим её как Mₓ).
Шаг 2: Построение уравнения для массовой доли Х
Пусть масса минерала — 100 г для удобства подсчётов.
- Масса Х в 100 г минерала = 47,8 г
- Масса XCO₃ в 100 г = 100 г - 47,8 г = 52,2 г
Это означает, что в 52,2 г минерала содержится 1 моль XCO₃ (так как молярная масса XCO₃ равна Mₓ + 60 г/моль).
Масса XCO₃: \[ M_{XCO_3} = M_x + 60\,\text{г/моль} \]
Масса X в этой порции: \[ \text{Масса X} = M_x \text{ г/моль} \]
Массовая доля Х: \[ \frac{M_x}{M_x + 60} = 0.478 \]
Шаг 3: Решение уравнения
\[ \frac{M_x}{M_x + 60} = 0.478 \]
Переносим: \[ M_x = 0.478 (M_x + 60) \]
Раскрываем скобки: \[ M_x = 0.478 M_x + 0.478 \times 60 \]
\[ M_x - 0.478 M_x = 0.478 \times 60 \]
\[ (1 - 0.478) M_x = 28.68 \]
\[ 0.522 M_x = 28.68 \]
\[ M_x = \frac{28.68}{0.522} \approx 54.9\,\text{г/моль} \]
Шаг 4: Определение металла по массовой массе
Молярная масса приближается к 55 г/моль, что очень близко к молярной массе меди (Cu):
- Молярная масса Cu = 63,55 г/моль
- Молярная масса Ni = 58,69 г/моль
- Молярная масса Cr = 52 г/моль
- Молярная масса Mn = 54,94 г/моль
Наиболее подходящий — никель (Ni) или манганец (Mn). Однако, учитывая исторические сведения о легирующем металл Х, широко использовали никель — он улучшает прочность и пластичность стали.
Молярная масса никеля — 58,69 г/моль, что очень близко к рассчитенному — 54,9 г/моль. Молярная масса Mn чуть ниже (54,94), но разница небольшая.
Но в промышленности широко известен именно никель как легирующая добавка, получаемая из минералов с подобным составом.
Ответ:
Металл Х — никель (Ni).
