Номер 8-15, страница 98 - гдз по химии 8 класс задачник Кузнецова, Левкин

8-15. Вычислите массу алюминия, который следует растворить в разбавленном растворе серной кислоты, чтобы полученным водородом можно было восстановить 16 г железа из железной окалины $Fe_3O_4$.

Дано:

$m(Fe) = 16$ г

Найти:

$m(Al)$ — ?

Решение:

Для решения задачи необходимо последовательно выполнить несколько расчетов, основанных на уравнениях химических реакций.

1. Запишем уравнение реакции восстановления железа из железной окалины ($Fe_3O_4$) водородом. Железная окалина является смешанным оксидом $FeO \cdot Fe_2O_3$, поэтому ее формула $Fe_3O_4$.

$Fe_3O_4 + 4H_2 \xrightarrow{t} 3Fe + 4H_2O$ (1)

2. Рассчитаем количество вещества (моль) железа, которое необходимо получить по условию задачи. Молярная масса железа $M(Fe) \approx 56$ г/моль.

$n(Fe) = \frac{m(Fe)}{M(Fe)} = \frac{16 \text{ г}}{56 \text{ г/моль}} = \frac{2}{7}$ моль.

3. Используя уравнение реакции (1), найдем количество вещества водорода, которое потребуется для восстановления 16 г железа. Согласно стехиометрическим коэффициентам, для получения 3 моль железа необходимо 4 моль водорода. Составим пропорцию:

$\frac{n(H_2)}{4} = \frac{n(Fe)}{3}$

Отсюда выразим и рассчитаем количество вещества водорода:

$n(H_2) = \frac{4}{3} n(Fe) = \frac{4}{3} \times \frac{2}{7} \text{ моль} = \frac{8}{21}$ моль.

4. Запишем уравнение реакции получения водорода при взаимодействии алюминия с разбавленной серной кислотой:

$2Al + 3H_2SO_4 \rightarrow Al_2(SO_4)_3 + 3H_2$ (2)

5. Используя уравнение реакции (2), найдем количество вещества алюминия, необходимое для получения вычисленного количества водорода. Согласно стехиометрическим коэффициентам, из 2 моль алюминия образуется 3 моль водорода. Составим пропорцию:

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

Отсюда выразим и рассчитаем количество вещества алюминия:

$n(Al) = \frac{2}{3} n(H_2) = \frac{2}{3} \times \frac{8}{21} \text{ моль} = \frac{16}{63}$ моль.

6. Вычислим массу алюминия, зная его количество вещества. Молярная масса алюминия $M(Al) = 27$ г/моль.

$m(Al) = n(Al) \times M(Al) = \frac{16}{63} \text{ моль} \times 27 \text{ г/моль} = \frac{16 \times 27}{63} \text{ г} = \frac{16 \times 3}{7} \text{ г} = \frac{48}{7} \text{ г} \approx 6.86$ г.

Ответ: масса алюминия, который следует растворить, составляет примерно 6.86 г.