Номер 2-33, страница 28 - гдз по химии 8 класс задачник Кузнецова, Левкин

2-33. Какую массу железа надо взять, чтобы получить 116 г железной окалины $Fe_3O_4$? Какая масса кислорода будет израсходована в этой реакции?

Дано:

$m(Fe_3O_4) = 116 \text{ г}$

Найти:

$m(Fe) - ?$

$m(O_2) - ?$

Решение:

1. Первым шагом запишем уравнение химической реакции образования железной окалины ($Fe_3O_4$) из железа и кислорода. Железная окалина образуется при горении железа в кислороде. Уравняем реакцию:

$3Fe + 2O_2 \rightarrow Fe_3O_4$

2. Рассчитаем молярные массы веществ, используя относительные атомные массы из периодической таблицы химических элементов: $Ar(Fe) \approx 56$, $Ar(O) \approx 16$.

Молярная масса железа ($Fe$):

$M(Fe) = 56 \text{ г/моль}$

Молярная масса кислорода ($O_2$):

$M(O_2) = 2 \cdot 16 = 32 \text{ г/моль}$

Молярная масса железной окалины ($Fe_3O_4$):

$M(Fe_3O_4) = 3 \cdot M(Fe) + 4 \cdot M(O) = 3 \cdot 56 + 4 \cdot 16 = 168 + 64 = 232 \text{ г/моль}$

3. Теперь найдем количество вещества (число моль) железной окалины, масса которой дана в условии задачи:

$\nu(Fe_3O_4) = \frac{m(Fe_3O_4)}{M(Fe_3O_4)} = \frac{116 \text{ г}}{232 \text{ г/моль}} = 0.5 \text{ моль}$

4. Используя стехиометрические коэффициенты в уравнении реакции, определим количество вещества железа и кислорода, которые необходимы для получения 0.5 моль $Fe_3O_4$.

Согласно уравнению реакции $3Fe + 2O_2 \rightarrow Fe_3O_4$, соотношение количеств веществ следующее:

$\nu(Fe) : \nu(O_2) : \nu(Fe_3O_4) = 3 : 2 : 1$

Отсюда находим количество вещества железа:

$\nu(Fe) = 3 \cdot \nu(Fe_3O_4) = 3 \cdot 0.5 \text{ моль} = 1.5 \text{ моль}$

И количество вещества кислорода:

$\nu(O_2) = 2 \cdot \nu(Fe_3O_4) = 2 \cdot 0.5 \text{ моль} = 1 \text{ моль}$

5. Зная количество вещества, рассчитаем массу железа и кислорода.

Масса железа:

$m(Fe) = \nu(Fe) \cdot M(Fe) = 1.5 \text{ моль} \cdot 56 \text{ г/моль} = 84 \text{ г}$

Масса кислорода:

$m(O_2) = \nu(O_2) \cdot M(O_2) = 1 \text{ моль} \cdot 32 \text{ г/моль} = 32 \text{ г}$

Для проверки можно сложить массы реагентов, чтобы убедиться, что выполняется закон сохранения массы:

$m(Fe) + m(O_2) = 84 \text{ г} + 32 \text{ г} = 116 \text{ г}$, что равно массе продукта $m(Fe_3O_4)$.

Ответ: для получения 116 г железной окалины надо взять 84 г железа; масса израсходованного кислорода составит 32 г.