Номер 8-12, страница 97 - гдз по химии 8 класс задачник Кузнецова, Левкин

8-12. Вычислите массу и объем (н.у.) водорода, который потребуется для восстановления 140 г железа из оксида железа(III). Рассчитайте массу оксида железа(III), который потребуется для реакции.

Дано:

$m(Fe) = 140 \text{ г}$

$m(Fe) = 0.140 \text{ кг}$

Найти:

$m(H_2) - ?$

$V(H_2) (\text{н.у.}) - ?$

$m(Fe_2O_3) - ?$

Решение:

1. Составим уравнение реакции восстановления железа из оксида железа(III) водородом. Оксид железа(III) имеет формулу $Fe_2O_3$. Реакция протекает при нагревании:

$Fe_2O_3 + 3H_2 \xrightarrow{t} 2Fe + 3H_2O$

2. Рассчитаем молярные массы веществ, используя относительные атомные массы из периодической таблицы химических элементов Д.И. Менделеева, округленные до целых чисел: $Ar(Fe) = 56$, $Ar(H) = 1$, $Ar(O) = 16$.

Молярная масса железа ($Fe$):

$M(Fe) = 56 \text{ г/моль}$

Молярная масса молекулярного водорода ($H_2$):

$M(H_2) = 2 \cdot 1 = 2 \text{ г/моль}$

Молярная масса оксида железа(III) ($Fe_2O_3$):

$M(Fe_2O_3) = 2 \cdot 56 + 3 \cdot 16 = 112 + 48 = 160 \text{ г/моль}$

3. Вычислим количество вещества (число молей) полученного железа массой 140 г:

$n(Fe) = \frac{m(Fe)}{M(Fe)} = \frac{140 \text{ г}}{56 \text{ г/моль}} = 2.5 \text{ моль}$

4. Используя стехиометрические коэффициенты в уравнении реакции, найдем количество вещества водорода ($H_2$) и оксида железа(III) ($Fe_2O_3$), которые потребовались для реакции. Из уравнения видно, что соотношение количеств веществ следующее:

$n(Fe_2O_3) : n(H_2) : n(Fe) = 1 : 3 : 2$

Количество вещества водорода:

$\frac{n(H_2)}{n(Fe)} = \frac{3}{2} \implies n(H_2) = \frac{3}{2} \cdot n(Fe) = \frac{3}{2} \cdot 2.5 \text{ моль} = 3.75 \text{ моль}$

Количество вещества оксида железа(III):

$\frac{n(Fe_2O_3)}{n(Fe)} = \frac{1}{2} \implies n(Fe_2O_3) = \frac{1}{2} \cdot n(Fe) = \frac{1}{2} \cdot 2.5 \text{ моль} = 1.25 \text{ моль}$

5. Теперь рассчитаем искомые массу и объем водорода, а также массу оксида железа(III).

Масса водорода:

$m(H_2) = n(H_2) \cdot M(H_2) = 3.75 \text{ моль} \cdot 2 \text{ г/моль} = 7.5 \text{ г}$

Объем водорода при нормальных условиях (н.у.). Молярный объем любого газа при н.у. составляет $V_m = 22.4 \text{ л/моль}$:

$V(H_2) = n(H_2) \cdot V_m = 3.75 \text{ моль} \cdot 22.4 \text{ л/моль} = 84 \text{ л}$

Масса оксида железа(III):

$m(Fe_2O_3) = n(Fe_2O_3) \cdot M(Fe_2O_3) = 1.25 \text{ моль} \cdot 160 \text{ г/моль} = 200 \text{ г}$

Ответ: для восстановления 140 г железа потребуется 7.5 г водорода, объем которого при нормальных условиях составляет 84 л. Масса оксида железа(III), необходимая для реакции, равна 200 г.