Номер 8-13, страница 97 - гдз по химии 8 класс задачник Кузнецова, Левкин

8-13. Вычислите массу и объем (н.у.) водорода, который потребуется для восстановления 560 мг железа из железной окалины $Fe_3O_4$. Рассчитайте массу железной окалины, которая потребуется для реакции.

Дано:

$m(\text{Fe}) = 560 \text{ мг}$

Условия нормальные (н.у.)

Перевод в СИ:

$m(\text{Fe}) = 560 \text{ мг} = 0.560 \text{ г}$

Найти:

$m(\text{H}_2) - ?$

$V(\text{H}_2) \text{ (н.у.)} - ?$

$m(\text{Fe}_3\text{O}_4) - ?$

Решение:

Для решения задачи сначала проведем общие расчеты, которые понадобятся для нахождения всех искомых величин.

1. Запишем уравнение реакции восстановления железа из железной окалины (оксида железа(II,III)) водородом:

$\text{Fe}_3\text{O}_4 + 4\text{H}_2 \xrightarrow{t} 3\text{Fe} + 4\text{H}_2\text{O}$

2. Рассчитаем молярные массы веществ, используя относительные атомные массы из периодической таблицы химических элементов (Ar(Fe) = 56, Ar(H) = 1, Ar(O) = 16):

$M(\text{Fe}) = 56 \text{ г/моль}$

$M(\text{H}_2) = 2 \cdot 1 = 2 \text{ г/моль}$

$M(\text{Fe}_3\text{O}_4) = 3 \cdot 56 + 4 \cdot 16 = 168 + 64 = 232 \text{ г/моль}$

3. Найдем количество вещества (в молях) железа, которое образовалось в результате реакции:

$n(\text{Fe}) = \frac{m(\text{Fe})}{M(\text{Fe})} = \frac{0.560 \text{ г}}{56 \text{ г/моль}} = 0.01 \text{ моль}$

4. По уравнению реакции определим стехиометрические соотношения количеств веществ:

$\frac{n(\text{Fe}_3\text{O}_4)}{1} = \frac{n(\text{H}_2)}{4} = \frac{n(\text{Fe})}{3}$

Это соотношение является основой для дальнейших вычислений.

Вычислите массу и объем (н.у.) водорода

Из стехиометрического соотношения найдем количество вещества водорода:

$n(\text{H}_2) = \frac{4}{3} n(\text{Fe}) = \frac{4}{3} \cdot 0.01 \text{ моль} = \frac{0.04}{3} \text{ моль}$

Рассчитаем массу водорода:

$m(\text{H}_2) = n(\text{H}_2) \cdot M(\text{H}_2) = \frac{0.04}{3} \text{ моль} \cdot 2 \text{ г/моль} = \frac{0.08}{3} \text{ г} \approx 0.0267 \text{ г}$

Рассчитаем объем водорода при нормальных условиях (н.у.), используя молярный объем идеального газа $V_m = 22.4 \text{ л/моль}$:

$V(\text{H}_2) = n(\text{H}_2) \cdot V_m = \frac{0.04}{3} \text{ моль} \cdot 22.4 \text{ л/моль} = \frac{0.896}{3} \text{ л} \approx 0.299 \text{ л}$

Ответ: масса водорода, который потребуется для реакции, составляет 26.7 мг (0.0267 г); объем водорода (н.у.) составляет 299 мл (0.299 л).

Рассчитайте массу железной окалины

Из стехиометрического соотношения найдем количество вещества железной окалины:

$n(\text{Fe}_3\text{O}_4) = \frac{1}{3} n(\text{Fe}) = \frac{1}{3} \cdot 0.01 \text{ моль} = \frac{0.01}{3} \text{ моль}$

Рассчитаем массу железной окалины:

$m(\text{Fe}_3\text{O}_4) = n(\text{Fe}_3\text{O}_4) \cdot M(\text{Fe}_3\text{O}_4) = \frac{0.01}{3} \text{ моль} \cdot 232 \text{ г/моль} = \frac{2.32}{3} \text{ г} \approx 0.773 \text{ г}$

Ответ: масса железной окалины, которая потребуется для реакции, составляет 773 мг (0.773 г).