Номер 8-9, страница 97 - гдз по химии 8 класс задачник Кузнецова, Левкин

8-9. Вычислите массу железа и массу воды, которые потребуются для получения 179,2 л (н.у.) водорода по методу Лавуазье. Рассчитайте массу железной окалины, которая образуется в ходе реакции.

Дано:

$V(H_2) = 179,2 \text{ л}$

Условия: н.у. (нормальные условия)

$V_m = 22,4 \text{ л/моль}$

Перевод в СИ:

$V(H_2) = 179,2 \text{ л} = 0,1792 \text{ м}^3$

$V_m = 22,4 \text{ л/моль} = 0,0224 \text{ м}^3\text{/моль}$

Найти:

$m(Fe) - ?$

$m(H_2O) - ?$

$m(Fe_3O_4) - ?$

Решение:

1. Метод Лавуазье получения водорода заключается во взаимодействии раскаленного железа с водяным паром. Запишем уравнение реакции:

$3Fe + 4H_2O \xrightarrow{t^\circ} Fe_3O_4 + 4H_2$

В ходе реакции образуется железная окалина ($Fe_3O_4$).

2. Рассчитаем количество вещества (число моль) выделившегося водорода, используя молярный объем газа при нормальных условиях ($V_m = 22,4 \text{ л/моль}$):

$n(H_2) = \frac{V(H_2)}{V_m} = \frac{179,2 \text{ л}}{22,4 \text{ л/моль}} = 8 \text{ моль}$

3. По уравнению реакции найдем количества веществ железа ($Fe$), воды ($H_2O$) и железной окалины ($Fe_3O_4$):

Из стехиометрических коэффициентов следует:

$n(Fe) : n(H_2O) : n(Fe_3O_4) : n(H_2) = 3 : 4 : 1 : 4$

Следовательно:

$n(Fe) = \frac{3}{4} n(H_2) = \frac{3}{4} \times 8 \text{ моль} = 6 \text{ моль}$

$n(H_2O) = \frac{4}{4} n(H_2) = 1 \times 8 \text{ моль} = 8 \text{ моль}$

$n(Fe_3O_4) = \frac{1}{4} n(H_2) = \frac{1}{4} \times 8 \text{ моль} = 2 \text{ моль}$

4. Вычислим молярные массы веществ, участвующих в расчетах:

$M(Fe) = 56 \text{ г/моль}$

$M(H_2O) = 2 \times 1 + 16 = 18 \text{ г/моль}$

$M(Fe_3O_4) = 3 \times 56 + 4 \times 16 = 168 + 64 = 232 \text{ г/моль}$

5. Теперь рассчитаем массы требуемых реагентов и образующегося продукта:

$m(Fe) = n(Fe) \times M(Fe) = 6 \text{ моль} \times 56 \text{ г/моль} = 336 \text{ г}$

$m(H_2O) = n(H_2O) \times M(H_2O) = 8 \text{ моль} \times 18 \text{ г/моль} = 144 \text{ г}$

$m(Fe_3O_4) = n(Fe_3O_4) \times M(Fe_3O_4) = 2 \text{ моль} \times 232 \text{ г/моль} = 464 \text{ г}$

Ответ: для реакции потребуется 336 г железа и 144 г воды; в ходе реакции образуется 464 г железной окалины.