Номер 2, страница 29, часть 2 - гдз по химии 10 класс учебник Оспанова, Аухадиева

•2. Какова формула оксида железа, если на восстановление 23,2 г этого оксида из- расходовали водород объемом 8,96 л (н. у.)?

Ответ: $Fe_3O_4$

Дано:

$m(Fe_xO_y) = 23,2$ г

$V(H_2) = 8,96$ л (н.у.)

Найти:

Формулу оксида железа - $Fe_xO_y$?

Решение:

Запишем общее уравнение реакции восстановления оксида железа водородом, где $\text{x}$ и $\text{y}$ — индексы, которые нам нужно найти:

$Fe_xO_y + yH_2 \rightarrow xFe + yH_2O$

Найдем количество вещества водорода ($H_2$), израсходованного на реакцию. Так как объем дан для нормальных условий (н.у.), мы можем использовать молярный объем газов $V_m = 22,4$ л/моль.

$n(H_2) = \frac{V(H_2)}{V_m} = \frac{8,96 \text{ л}}{22,4 \text{ л/моль}} = 0,4$ моль.

Из уравнения реакции следует, что для восстановления одного атома кислорода (O) из оксида требуется одна молекула водорода ($H_2$). Следовательно, количество вещества атомов кислорода в оксиде равно количеству вещества водорода, вступившего в реакцию.

$n(O) = n(H_2) = 0,4$ моль.

Вычислим массу кислорода в исходном образце оксида, используя молярную массу кислорода $M(O) = 16$ г/моль.

$m(O) = n(O) \cdot M(O) = 0,4 \text{ моль} \cdot 16 \text{ г/моль} = 6,4$ г.

Общая масса оксида железа состоит из массы железа и массы кислорода. Зная общую массу оксида и массу кислорода, найдем массу железа.

$m(Fe) = m(Fe_xO_y) - m(O) = 23,2 \text{ г} - 6,4 \text{ г} = 16,8$ г.

Теперь найдем количество вещества атомов железа в образце, используя молярную массу железа $M(Fe) \approx 56$ г/моль.

$n(Fe) = \frac{m(Fe)}{M(Fe)} = \frac{16,8 \text{ г}}{56 \text{ г/моль}} = 0,3$ моль.

Чтобы определить простейшую формулу оксида $Fe_xO_y$, найдем соотношение количеств веществ (молей) железа и кислорода. Это соотношение будет равно соотношению индексов $\text{x}$ и $\text{y}$ в формуле.

$x : y = n(Fe) : n(O) = 0,3 : 0,4$

Для нахождения целочисленного соотношения разделим оба значения на наименьшее из них (0,3).

$x : y = \frac{0,3}{0,3} : \frac{0,4}{0,3} = 1 : \frac{4}{3}$

Чтобы получить целые числа, умножим обе части соотношения на 3.

$x : y = 1 \cdot 3 : \frac{4}{3} \cdot 3 = 3 : 4$

Таким образом, индексы в формуле оксида железа $x=3$ и $y=4$. Искомая формула — $Fe_3O_4$ (железная окалина или оксид железа(II, III)).

Ответ: $Fe_3O_4$.