Номер 8, страница 413 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 8. Металлы. Параграф 57. Железо - номер 8, страница 413.

Условие.

8. Смесь железа с оксидом железа(II) была полностью восстановлена водородом с образованием 4,5 г воды. При обработке полученного железа соляной кислотой выделилось 6,72 л водорода (н. у.). Определите массовые доли компонентов в исходной смеси.

Решение.

Решение 2.

Дано:

смесь Fe и FeO

$m(H_2O) = 4,5 \text{ г}$

$V(H_2) = 6,72 \text{ л (н. у.)}$

Найти:

$\omega(Fe) - ?$

$\omega(FeO) - ?$

Решение:

1. В исходной смеси железо (Fe) уже находится в восстановленном состоянии, поэтому с водородом будет реагировать только оксид железа(II) (FeO). Запишем уравнение реакции восстановления:

$FeO + H_2 \rightarrow Fe + H_2O$

2. Найдем количество вещества (моль) образовавшейся воды. Молярная масса воды $M(H_2O) = 2 \cdot 1 + 16 = 18 \text{ г/моль}$.

$n(H_2O) = \frac{m(H_2O)}{M(H_2O)} = \frac{4,5 \text{ г}}{18 \text{ г/моль}} = 0,25 \text{ моль}$

3. По уравнению реакции, количество вещества оксида железа(II), вступившего в реакцию, и количество вещества железа, образовавшегося в результате этой реакции, равны количеству вещества воды:

$n(FeO) = n(Fe)_{\text{восст.}} = n(H_2O) = 0,25 \text{ моль}$

4. Найдем массу оксида железа(II) в исходной смеси. Молярная масса оксида железа(II) $M(FeO) = 56 + 16 = 72 \text{ г/моль}$.

$m(FeO) = n(FeO) \cdot M(FeO) = 0,25 \text{ моль} \cdot 72 \text{ г/моль} = 18 \text{ г}$

5. Найдем массу железа, которое образовалось в результате восстановления. Молярная масса железа $M(Fe) = 56 \text{ г/моль}$.

$m(Fe)_{\text{восст.}} = n(Fe)_{\text{восст.}} \cdot M(Fe) = 0,25 \text{ моль} \cdot 56 \text{ г/моль} = 14 \text{ г}$

6. После восстановления вся смесь состоит из железа: железа, которое было в смеси изначально ($Fe_{\text{исх.}}$), и железа, полученного из оксида ($Fe_{\text{восст.}}$). Это общее количество железа реагирует с соляной кислотой:

$Fe + 2HCl \rightarrow FeCl_2 + H_2 \uparrow$

7. Найдем количество вещества (моль) выделившегося водорода. Молярный объем газа при нормальных условиях $V_m = 22,4 \text{ л/моль}$.

$n(H_2) = \frac{V(H_2)}{V_m} = \frac{6,72 \text{ л}}{22,4 \text{ л/моль}} = 0,3 \text{ моль}$

8. По уравнению реакции, общее количество вещества железа, вступившего в реакцию, равно количеству вещества водорода:

$n(Fe)_{\text{общ.}} = n(H_2) = 0,3 \text{ моль}$

9. Общее количество вещества железа складывается из исходного и восстановленного:

$n(Fe)_{\text{общ.}} = n(Fe)_{\text{исх.}} + n(Fe)_{\text{восст.}}$

Отсюда найдем количество вещества железа в исходной смеси:

$n(Fe)_{\text{исх.}} = n(Fe)_{\text{общ.}} - n(Fe)_{\text{восст.}} = 0,3 \text{ моль} - 0,25 \text{ моль} = 0,05 \text{ моль}$

10. Найдем массу железа в исходной смеси:

$m(Fe)_{\text{исх.}} = n(Fe)_{\text{исх.}} \cdot M(Fe) = 0,05 \text{ моль} \cdot 56 \text{ г/моль} = 2,8 \text{ г}$

11. Теперь мы знаем массы обоих компонентов в исходной смеси. Найдем общую массу исходной смеси:

$m_{\text{смеси}} = m(Fe)_{\text{исх.}} + m(FeO) = 2,8 \text{ г} + 18 \text{ г} = 20,8 \text{ г}$

12. Определим массовые доли компонентов в исходной смеси:

$\omega(Fe) = \frac{m(Fe)_{\text{исх.}}}{m_{\text{смеси}}} = \frac{2,8 \text{ г}}{20,8 \text{ г}} \approx 0,1346$ или $13,46\%$

$\omega(FeO) = \frac{m(FeO)}{m_{\text{смеси}}} = \frac{18 \text{ г}}{20,8 \text{ г}} \approx 0,8654$ или $86,54\%$

Ответ: массовая доля железа в исходной смеси составляет 13,46%, массовая доля оксида железа(II) - 86,54%.