Номер 18, страница 195 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

7.18. Соляную кислоту, полученную растворением 2 моль хлороводорода в воде, ввели в реакцию с избытком оксида свинца (IV). Хватит ли выделившегося хлора на окисление 1 г железа?

Дано:

Количество вещества хлороводорода, $n(HCl) = 2 \text{ моль}$

Масса железа, $m(Fe) = 1 \text{ г}$

Оксид свинца(IV) взят в избытке.

Масса железа в СИ: $m(Fe) = 1 \times 10^{-3} \text{ кг}$

Найти:

Хватит ли выделившегося хлора на окисление 1 г железа?

Решение:

1. Запишем уравнение реакции взаимодействия соляной кислоты (раствора хлороводорода) с оксидом свинца(IV). В этой реакции свинец(IV) является окислителем, а хлорид-ион – восстановителем.

$PbO_2 + 4HCl \rightarrow PbCl_2 + Cl_2 \uparrow + 2H_2O$

По условию задачи, оксид свинца(IV) взят в избытке, следовательно, соляная кислота прореагирует полностью и является лимитирующим реагентом. Расчет количества выделившегося хлора будем вести по количеству HCl.

2. Найдем количество вещества хлора ($Cl_2$), которое выделилось в ходе реакции. Согласно стехиометрическим коэффициентам в уравнении реакции, из 4 моль HCl образуется 1 моль $Cl_2$.

Составим пропорцию:

$\frac{n(HCl)}{4} = \frac{n(Cl_2)}{1}$

Отсюда количество вещества выделившегося хлора:

$n_{выд}(Cl_2) = \frac{n(HCl)}{4} = \frac{2 \text{ моль}}{4} = 0.5 \text{ моль}$

3. Теперь определим, какое количество хлора необходимо для окисления 1 г железа. Хлор — сильный окислитель и окисляет железо до степени окисления +3, образуя хлорид железа(III).

Запишем уравнение реакции:

$2Fe + 3Cl_2 \rightarrow 2FeCl_3$

4. Вычислим количество вещества в 1 г железа. Молярная масса железа $M(Fe) \approx 56 \text{ г/моль}$.

$n(Fe) = \frac{m(Fe)}{M(Fe)} = \frac{1 \text{ г}}{56 \text{ г/моль}} \approx 0.01786 \text{ моль}$

5. По уравнению реакции окисления железа определим, какое количество вещества хлора потребуется. Согласно уравнению, на 2 моль Fe расходуется 3 моль $Cl_2$.

Составим пропорцию:

$\frac{n(Fe)}{2} = \frac{n_{необх}(Cl_2)}{3}$

Отсюда необходимое количество вещества хлора:

$n_{необх}(Cl_2) = \frac{3 \times n(Fe)}{2} = \frac{3 \times 0.01786 \text{ моль}}{2} \approx 0.02679 \text{ моль}$

6. Сравним количество выделившегося хлора с количеством, необходимым для реакции:

$n_{выд}(Cl_2) = 0.5 \text{ моль}$

$n_{необх}(Cl_2) \approx 0.02679 \text{ моль}$

Так как $0.5 \text{ моль} > 0.02679 \text{ моль}$, количество выделившегося хлора значительно превышает количество, необходимое для окисления 1 г железа.

Ответ: Да, выделившегося хлора хватит на окисление 1 г железа.