Номер 9, страница 240 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 6. Окислительно-восстановительные процессы. Параграф 33. Коррозия металлов и способы защиты от неё - номер 9, страница 240.

Условие.

9. Ржавую деталь (в общем виде формулу ржавчины на этой детали можно записать как $\text{Fe}_2\text{O}_3 \cdot 2,22\text{H}_2\text{O}$) погрузили в 215 г ингибированной соляной кислоты. Массовая доля хлорида железа(III) в растворе после растворения ржавчины составила 1,5 %. Рассчитайте массу продуктов коррозии на детали в пересчёте на оксид железа(III).

Решение.

Решение 2.

Дано:
Формула ржавчины: $Fe_2O_3 \cdot 2,22H_2O$
Масса раствора соляной кислоты: $m_{р-ра(HCl)} = 215$ г
Массовая доля хлорида железа(III) в конечном растворе: $\omega(FeCl_3) = 1,5\% = 0,015$

Найти:
Массу продуктов коррозии в пересчёте на оксид железа(III): $m(Fe_2O_3)$ - ?

Решение:
1. Запишем уравнение реакции растворения ржавчины в соляной кислоте. В реакцию вступает оксидная часть ржавчины:
$Fe_2O_3 + 6HCl \rightarrow 2FeCl_3 + 3H_2O$
Вода, входящая в состав кристаллогидрата ($Fe_2O_3 \cdot 2,22H_2O$), просто переходит в раствор.

2. Рассчитаем молярные массы необходимых веществ:
$M(Fe_2O_3) = 2 \cdot 56 + 3 \cdot 16 = 160$ г/моль
$M(H_2O) = 2 \cdot 1 + 16 = 18$ г/моль
$M(Fe_2O_3 \cdot 2,22H_2O) = M(Fe_2O_3) + 2,22 \cdot M(H_2O) = 160 + 2,22 \cdot 18 = 160 + 39,96 = 199,96$ г/моль
$M(FeCl_3) = 56 + 3 \cdot 35,5 = 162,5$ г/моль

3. Обозначим искомую массу оксида железа(III) как $\text{x}$ г.
$m(Fe_2O_3) = x$ г

4. Выразим через $\text{x}$ массы других веществ.
Количество вещества оксида железа(III):
$\nu(Fe_2O_3) = \frac{m(Fe_2O_3)}{M(Fe_2O_3)} = \frac{x}{160}$ моль

Из формулы ржавчины следует, что количество вещества всей ржавчины равно количеству вещества оксида железа(III):
$\nu(Fe_2O_3 \cdot 2,22H_2O) = \nu(Fe_2O_3) = \frac{x}{160}$ моль

Масса всей растворившейся ржавчины:
$m_{ржавчины} = \nu(Fe_2O_3 \cdot 2,22H_2O) \cdot M(Fe_2O_3 \cdot 2,22H_2O) = \frac{x}{160} \cdot 199,96$ г

Масса конечного раствора складывается из массы исходного раствора кислоты и массы растворившейся ржавчины:
$m_{конечн. р-ра} = m_{р-ра(HCl)} + m_{ржавчины} = 215 + \frac{199,96x}{160}$ г

Согласно уравнению реакции, из 1 моль $Fe_2O_3$ образуется 2 моль $FeCl_3$. Следовательно:
$\nu(FeCl_3) = 2 \cdot \nu(Fe_2O_3) = 2 \cdot \frac{x}{160} = \frac{x}{80}$ моль

Масса образовавшегося хлорида железа(III):
$m(FeCl_3) = \nu(FeCl_3) \cdot M(FeCl_3) = \frac{x}{80} \cdot 162,5$ г

5. Составим уравнение, используя формулу для массовой доли вещества в растворе:
$\omega(FeCl_3) = \frac{m(FeCl_3)}{m_{конечн. р-ра}}$
$0,015 = \frac{\frac{162,5x}{80}}{215 + \frac{199,96x}{160}}$
Упростим коэффициенты при $\text{x}$:
$\frac{162,5}{80} = 2,03125$
$\frac{199,96}{160} = 1,24975$
Подставим их в уравнение:
$0,015 = \frac{2,03125x}{215 + 1,24975x}$
$0,015 \cdot (215 + 1,24975x) = 2,03125x$
$3,225 + 0,01874625x = 2,03125x$
$3,225 = 2,03125x - 0,01874625x$
$3,225 = 2,01250375x$
$x = \frac{3,225}{2,01250375} \approx 1,60248$ г

Округляя до трёх значащих цифр, получаем $x \approx 1,60$ г.

Ответ: масса продуктов коррозии на детали в пересчёте на оксид железа(III) составляет 1,60 г.