Номер 4-38, страница 47 - гдз по химии 8 класс задачник Кузнецова, Левкин

4-38. Железо из красного железняка, состоящего в основном из оксида железа(III) $Fe_{2}O_{3}$, можно получить, обработав железняк водородом. Этому процессу соответствует схема реакции:

$Fe_{2}O_{3} + H_{2} \rightarrow Fe + H_{2}O$

Самостоятельно расставьте коэффициенты. Вычислите объем водорода (н.у.), который потребуется

а) для получения 28 г железа,

б) для обработки 16 г $Fe_{2}O_{3}$.

Дано:

а) $m(Fe) = 28$ г

б) $m(Fe_2O_3) = 16$ г

а) $m(Fe) = 0.028$ кг

б) $m(Fe_2O_3) = 0.016$ кг

Найти:

а) $V(H_2)$ - ?

б) $V(H_2)$ - ?

Решение:

В первую очередь необходимо расставить коэффициенты в предложенной схеме реакции. Это redox-процесс, где железо восстанавливается, а водород окисляется.

Схема реакции: $Fe_2O_3 + H_2 \rightarrow Fe + H_2O$

1. Уравняем количество атомов железа. В левой части 2 атома $Fe$ (в $Fe_2O_3$), в правой — 1. Ставим коэффициент 2 перед $Fe$:

$Fe_2O_3 + H_2 \rightarrow 2Fe + H_2O$

2. Уравняем количество атомов кислорода. В левой части 3 атома $O$ (в $Fe_2O_3$), в правой — 1. Ставим коэффициент 3 перед $H_2O$:

$Fe_2O_3 + H_2 \rightarrow 2Fe + 3H_2O$

3. Уравняем количество атомов водорода. В правой части стало $3 \cdot 2 = 6$ атомов $H$, в левой — 2. Ставим коэффициент 3 перед $H_2$:

$Fe_2O_3 + 3H_2 \rightarrow 2Fe + 3H_2O$

Проверяем: Fe: 2=2, O: 3=3, H: 6=6. Уравнение сбалансировано. Теперь можно приступать к расчетам.

а)

Вычислим объем водорода (н.у.), который потребуется для получения 28 г железа.

1. Найдем количество вещества (моль) железа ($Fe$) массой 28 г. Молярная масса железа $M(Fe) \approx 56$ г/моль.

$n(Fe) = \frac{m(Fe)}{M(Fe)} = \frac{28 \text{ г}}{56 \text{ г/моль}} = 0.5$ моль.

2. По уравнению реакции определим, какое количество вещества водорода ($H_2$) требуется для получения 0.5 моль железа. Из уравнения видно, что для получения 2 моль $Fe$ необходимо 3 моль $H_2$. Соотношение количеств веществ:

$\frac{n(H_2)}{3} = \frac{n(Fe)}{2}$

Отсюда, $n(H_2) = \frac{3}{2} \cdot n(Fe) = \frac{3}{2} \cdot 0.5 \text{ моль} = 0.75$ моль.

3. Вычислим объем водорода при нормальных условиях (н.у.). Молярный объем любого газа при н.у. ($V_m$) равен 22.4 л/моль.

$V(H_2) = n(H_2) \cdot V_m = 0.75 \text{ моль} \cdot 22.4 \text{ л/моль} = 16.8$ л.

Ответ: для получения 28 г железа потребуется 16.8 л водорода (н.у.).

б)

Вычислим объем водорода (н.у.), который потребуется для обработки 16 г $Fe_2O_3$.

1. Найдем количество вещества (моль) оксида железа(III) ($Fe_2O_3$) массой 16 г. Молярная масса $M(Fe_2O_3) = 2 \cdot 56 + 3 \cdot 16 = 112 + 48 = 160$ г/моль.

$n(Fe_2O_3) = \frac{m(Fe_2O_3)}{M(Fe_2O_3)} = \frac{16 \text{ г}}{160 \text{ г/моль}} = 0.1$ моль.

2. По уравнению реакции определим, какое количество вещества водорода ($H_2$) требуется для реакции с 0.1 моль оксида железа(III). Из уравнения видно, что на 1 моль $Fe_2O_3$ расходуется 3 моль $H_2$. Соотношение количеств веществ:

$\frac{n(Fe_2O_3)}{1} = \frac{n(H_2)}{3}$

Отсюда, $n(H_2) = 3 \cdot n(Fe_2O_3) = 3 \cdot 0.1 \text{ моль} = 0.3$ моль.

3. Вычислим объем водорода при нормальных условиях (н.у.).

$V(H_2) = n(H_2) \cdot V_m = 0.3 \text{ моль} \cdot 22.4 \text{ л/моль} = 6.72$ л.

Ответ: для обработки 16 г оксида железа(III) потребуется 6.72 л водорода (н.у.).