Номер 1, страница 114, часть 1 - гдз по химии 10 класс учебник Оспанова, Аухадиева

•1. Вольфрам— редкий и дорогой металл, используемый при изготовлении нитей для лампочек накаливания. Вольфрам получают восстановлением из оксида $WO_3$ водородом. Водород получают реакцией железа с серной кислотой: $Fe + H_2SO_4 = H_2 + FeSO_4$

Сколько потребуется железа и серной кислоты для получения 200 кг вольфрама?

Ответ: 182,6г железа; 319,6г серной кислоты.

Дано:

$m(W) = 200 \text{ кг}$

Найти:

$m(Fe) - ?$

$m(H_2SO_4) - ?$

Решение:

Процесс получения вольфрама включает две последовательные химические реакции. Сначала разберем их и запишем уравнения.

1. Получение вольфрама (W) восстановлением его оксида (WO₃) водородом (H₂):

$WO_3 + 3H_2 \rightarrow W + 3H_2O$

2. Получение водорода (H₂) реакцией железа (Fe) с серной кислотой (H₂SO₄):

$Fe + H_2SO_4 \rightarrow H_2 + FeSO_4$

Решение задачи будем вести в обратном порядке, начиная с конечного продукта – вольфрама.

Сначала рассчитаем молярные массы веществ, используя округленные значения из таблицы Менделеева, что является стандартной практикой для таких задач. Расчеты будем вести в килограммах и киломолях для удобства.

Молярная масса вольфрама (W): $M(W) \approx 184 \text{ г/моль} = 184 \text{ кг/кмоль}$.

Молярная масса железа (Fe): $M(Fe) \approx 56 \text{ г/моль} = 56 \text{ кг/кмоль}$.

Молярная масса серной кислоты (H₂SO₄): $M(H_2SO_4) = 2 \cdot 1 + 32 + 4 \cdot 16 = 98 \text{ г/моль} = 98 \text{ кг/кмоль}$.

Теперь найдем количество вещества (число киломолей) для 200 кг вольфрама:

$n(W) = \frac{m(W)}{M(W)} = \frac{200 \text{ кг}}{184 \text{ кг/кмоль}} \approx 1.087 \text{ кмоль}$

По уравнению реакции восстановления вольфрама ($WO_3 + 3H_2 \rightarrow W + 3H_2O$) видно, что для получения 1 моль вольфрама требуется 3 моль водорода. Значит, соотношение количеств веществ $n(H_2) : n(W) = 3 : 1$.

Найдем необходимое количество вещества водорода:

$n(H_2) = 3 \cdot n(W) = 3 \cdot 1.087 \text{ кмоль} \approx 3.261 \text{ кмоль}$

Далее, по уравнению реакции получения водорода ($Fe + H_2SO_4 \rightarrow H_2 + FeSO_4$) видно, что для получения 1 моль водорода требуется 1 моль железа и 1 моль серной кислоты. Соотношения $n(Fe) : n(H_2) = 1 : 1$ и $n(H_2SO_4) : n(H_2) = 1 : 1$.

Таким образом, количество вещества железа и серной кислоты равны количеству вещества водорода:

$n(Fe) = n(H_2) \approx 3.261 \text{ кмоль}$

$n(H_2SO_4) = n(H_2) \approx 3.261 \text{ кмоль}$

Наконец, рассчитаем массы железа и серной кислоты:

$m(Fe) = n(Fe) \cdot M(Fe) = 3.261 \text{ кмоль} \cdot 56 \text{ кг/кмоль} \approx 182.616 \text{ кг}$

$m(H_2SO_4) = n(H_2SO_4) \cdot M(H_2SO_4) = 3.261 \text{ кмоль} \cdot 98 \text{ кг/кмоль} \approx 319.578 \text{ кг}$

Округлим полученные значения до десятых.

Ответ: для получения 200 кг вольфрама потребуется 182.6 кг железа и 319.6 кг серной кислоты.