Номер 4-39, страница 47 - гдз по химии 8 класс задачник Кузнецова, Левкин

4-39. Из магнитного железняка, состоящего в основном из $Fe_3O_4$, можно получить железо, обработав железняк водородом. Этому процессу соответствует схема реакции:

$Fe_3O_4 + H_2 \to Fe + H_2O$

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

а) для получения 42 г железа,

б) для обработки 58 г $Fe_3O_4$.

Сначала необходимо расставить коэффициенты в предложенной схеме реакции. Это делается для соблюдения закона сохранения массы.

Исходная схема: $Fe_3O_4 + H_2 \rightarrow Fe + H_2O$.

1. Слева в молекуле $Fe_3O_4$ находятся 3 атома железа. Чтобы уравнять их количество, поставим коэффициент 3 перед $Fe$ в правой части: $Fe_3O_4 + H_2 \rightarrow 3Fe + H_2O$.

2. Слева в молекуле $Fe_3O_4$ находятся 4 атома кислорода. Чтобы уравнять их, поставим коэффициент 4 перед $H_2O$ в правой части: $Fe_3O_4 + H_2 \rightarrow 3Fe + 4H_2O$.

3. Теперь в правой части стало $4 \times 2 = 8$ атомов водорода. Для равновесия поставим коэффициент 4 перед $H_2$ в левой части: $Fe_3O_4 + 4H_2 \rightarrow 3Fe + 4H_2O$.

Проверяем: слева Fe - 3, O - 4, H - 8. Справа Fe - 3, O - 4, H - 8. Количества атомов всех элементов равны. Уравнение реакции сбалансировано:

$Fe_3O_4 + 4H_2 \rightarrow 3Fe + 4H_2O$

Теперь можно приступать к вычислениям.

а)

Дано:
$m(Fe) = 42 \text{ г}$
Условия нормальные (н.у.)

Найти:

$V(H_2) - ?$

Решение:

1. Находим молярную массу железа (Fe) по периодической таблице:
$M(Fe) = 56 \text{ г/моль}$
2. Вычисляем количество вещества (моль) железа, которое должно получиться в результате реакции:
$n(Fe) = \frac{m(Fe)}{M(Fe)} = \frac{42 \text{ г}}{56 \text{ г/моль}} = 0.75 \text{ моль}$
3. Согласно уравнению реакции $Fe_3O_4 + 4H_2 \rightarrow 3Fe + 4H_2O$, для получения 3 моль железа требуется 4 моль водорода. Составим пропорцию для нахождения количества вещества водорода:
$\frac{n(H_2)}{4} = \frac{n(Fe)}{3}$
$n(H_2) = \frac{4 \times n(Fe)}{3} = \frac{4 \times 0.75 \text{ моль}}{3} = 1 \text{ моль}$
4. Объем газа при нормальных условиях (н.у.) рассчитывается по формуле $V = n \times V_m$, где $V_m$ - молярный объем газа, равный $22.4 \text{ л/моль}$.
$V(H_2) = n(H_2) \times V_m = 1 \text{ моль} \times 22.4 \text{ л/моль} = 22.4 \text{ л}$

Ответ: для получения 42 г железа требуется 22.4 л водорода.

б)

Дано:
$m(Fe_3O_4) = 58 \text{ г}$
Условия нормальные (н.у.)

Найти:

$V(H_2) - ?$

Решение:

1. Находим молярную массу магнитного железняка ($Fe_3O_4$):
$M(Fe_3O_4) = 3 \times M(Fe) + 4 \times M(O) = 3 \times 56 \text{ г/моль} + 4 \times 16 \text{ г/моль} = 168 + 64 = 232 \text{ г/моль}$
2. Вычисляем количество вещества $Fe_3O_4$, вступающего в реакцию:
$n(Fe_3O_4) = \frac{m(Fe_3O_4)}{M(Fe_3O_4)} = \frac{58 \text{ г}}{232 \text{ г/моль}} = 0.25 \text{ моль}$
3. Согласно уравнению реакции $Fe_3O_4 + 4H_2 \rightarrow 3Fe + 4H_2O$, на 1 моль $Fe_3O_4$ расходуется 4 моль водорода. Составим пропорцию:
$\frac{n(H_2)}{4} = \frac{n(Fe_3O_4)}{1}$
$n(H_2) = 4 \times n(Fe_3O_4) = 4 \times 0.25 \text{ моль} = 1 \text{ моль}$
4. Рассчитываем объем водорода при нормальных условиях:
$V(H_2) = n(H_2) \times V_m = 1 \text{ моль} \times 22.4 \text{ л/моль} = 22.4 \text{ л}$

Ответ: для обработки 58 г магнитного железняка требуется 22.4 л водорода.