Номер 95, страница 203 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

7.95. При сгорании на воздухе соединения железа с серой образовалось 8 г оксида железа(III) и 2,24 л (н. у.) сернистого газа. Определите формулу вещества.

Дано:
$m(Fe_2O_3) = 8$ г
$V(SO_2) = 2.24$ л (н. у.)

Перевод в СИ:
$m(Fe_2O_3) = 0.008$ кг
$V(SO_2) = 0.00224$ м³

Найти:
Формулу соединения $Fe_xS_y$

Решение:

При сгорании соединения железа с серой ($Fe_xS_y$) в кислороде воздуха образуются оксид железа(III) ($Fe_2O_3$) и сернистый газ ($SO_2$). Схема реакции выглядит следующим образом:

$Fe_xS_y + O_2 \rightarrow Fe_2O_3 + SO_2$

Чтобы определить формулу исходного вещества, необходимо найти соотношение количеств вещества (числа молей) атомов железа и серы в нем. Это соотношение $x:y$ будет равно соотношению $n(Fe) : n(S)$. Согласно закону сохранения массы, все атомы железа из исходного вещества перешли в оксид железа(III), а все атомы серы — в сернистый газ.

1. Найдем количество вещества оксида железа(III), образовавшегося в реакции. Для этого сначала вычислим его молярную массу $M(Fe_2O_3)$.
Атомные массы: $Ar(Fe) \approx 56$ а.е.м., $Ar(O) \approx 16$ а.е.м.
$M(Fe_2O_3) = 2 \cdot M(Fe) + 3 \cdot M(O) = 2 \cdot 56 + 3 \cdot 16 = 112 + 48 = 160$ г/моль.
Теперь найдем количество вещества $Fe_2O_3$:
$n(Fe_2O_3) = \frac{m(Fe_2O_3)}{M(Fe_2O_3)} = \frac{8 \text{ г}}{160 \text{ г/моль}} = 0.05$ моль.

2. Определим количество вещества атомов железа. В одной формульной единице $Fe_2O_3$ содержится 2 атома железа. Следовательно, количество вещества атомов железа в 2 раза больше количества вещества оксида железа(III):
$n(Fe) = 2 \cdot n(Fe_2O_3) = 2 \cdot 0.05 \text{ моль} = 0.1$ моль.

3. Найдем количество вещества сернистого газа ($SO_2$), образовавшегося в реакции. Объем дан при нормальных условиях (н. у.), поэтому используем молярный объем газов $V_m = 22.4$ л/моль.
$n(SO_2) = \frac{V(SO_2)}{V_m} = \frac{2.24 \text{ л}}{22.4 \text{ л/моль}} = 0.1$ моль.

4. Определим количество вещества атомов серы. В одной молекуле $SO_2$ содержится 1 атом серы. Следовательно, количество вещества атомов серы равно количеству вещества сернистого газа:
$n(S) = n(SO_2) = 0.1$ моль.

5. Найдем соотношение индексов $x$ и $y$ в формуле $Fe_xS_y$. Это соотношение равно соотношению количеств вещества атомов железа и серы:
$x : y = n(Fe) : n(S) = 0.1 : 0.1$
Разделив оба числа на наименьшее (0.1), получаем простейшее целочисленное соотношение:
$x : y = 1 : 1$

Таким образом, простейшая формула соединения - $FeS$. Это сульфид железа(II).

Ответ: Формула вещества - $FeS$.