Номер B, страница 119 - гдз по химии 9 класс учебник Усманова, Сакарьянова

B

1. Вычислите массу алюминия, которая потребуется для получения по методу алюмотермии 1 т железа. Сколько тепла при этом выделится, если реакция идет по уравнению $Fe_2O_3 + 2Al \to Al_2O_3 + 2Fe + 829 \text{ кДж}$?

Ответ: 482 кг А1, $7,4 \cdot 10^0 \text{ кДж}$.

2. Какую массу раствора 10% соляной кислоты необходимо взять для растворения алюминия массой 5,4 г?

Ответ: 219 г.

3. Вычислите массу железа, которая образуется при взаимодействии 20 г оксида железа (III) с 50 г алюминия.

Ответ: 14 г Fe.

1. Дано:

Масса железа $m(\text{Fe}) = 1$ т

Уравнение реакции: $\text{Fe}_2\text{O}_3 + 2\text{Al} \rightarrow \text{Al}_2\text{O}_3 + 2\text{Fe} + 829 \text{ кДж}$

$m(\text{Fe}) = 1 \text{ т} = 1000 \text{ кг}$

Найти:

$m(\text{Al})$ - ?

$Q$ - ?

Решение:

1. Запишем молярные массы железа (Fe) и алюминия (Al) в кг/моль для удобства расчетов:

$M(\text{Fe}) \approx 56 \text{ г/моль} = 0.056 \text{ кг/моль}$

$M(\text{Al}) \approx 27 \text{ г/моль} = 0.027 \text{ кг/моль}$

2. Найдем количество вещества (моль) железа, которое необходимо получить:

$n(\text{Fe}) = \frac{m(\text{Fe})}{M(\text{Fe})} = \frac{1000 \text{ кг}}{0.056 \text{ кг/моль}} \approx 17857.14 \text{ моль}$

3. По уравнению реакции, стехиометрическое соотношение алюминия и железа составляет $2:2$ или $1:1$. Это значит, что для получения 1 моль железа требуется 1 моль алюминия.

$n(\text{Al}) = n(\text{Fe}) \approx 17857.14 \text{ моль}$

4. Вычислим массу алюминия, необходимую для реакции:

$m(\text{Al}) = n(\text{Al}) \times M(\text{Al}) = 17857.14 \text{ моль} \times 0.027 \text{ кг/моль} \approx 482.14 \text{ кг}$

Округляя, получаем $m(\text{Al}) \approx 482$ кг.

5. Теперь рассчитаем количество теплоты. Из уравнения реакции известно, что при образовании 2 моль железа выделяется 829 кДж энергии. Составим пропорцию:

При образовании 2 моль Fe $\rightarrow$ выделяется 829 кДж

При образовании 17857.14 моль Fe $\rightarrow$ выделяется $Q$ кДж

$Q = \frac{17857.14 \text{ моль} \times 829 \text{ кДж}}{2 \text{ моль}} \approx 7401785.7 \text{ кДж} \approx 7.4 \times 10^6 \text{ кДж}$

Ответ: потребуется 482 кг Al, выделится $7.4 \cdot 10^6$ кДж тепла.

2. Дано:

Масса алюминия $m(\text{Al}) = 5.4$ г

Массовая доля HCl $\omega(\text{HCl}) = 10\% = 0.1$

$m(\text{Al}) = 5.4 \text{ г} = 0.0054 \text{ кг}$

Найти:

$m_{\text{р-ра}}(\text{HCl})$ - ?

Решение:

1. Запишем уравнение реакции алюминия с соляной кислотой:

$2\text{Al} + 6\text{HCl} \rightarrow 2\text{AlCl}_3 + 3\text{H}_2\uparrow$

2. Найдем молярные массы алюминия (Al) и хлороводорода (HCl):

$M(\text{Al}) = 27$ г/моль

$M(\text{HCl}) = 1 + 35.5 = 36.5$ г/моль

3. Рассчитаем количество вещества (моль) алюминия:

$n(\text{Al}) = \frac{m(\text{Al})}{M(\text{Al})} = \frac{5.4 \text{ г}}{27 \text{ г/моль}} = 0.2 \text{ моль}$

4. По уравнению реакции, на 2 моль Al расходуется 6 моль HCl. Соотношение $n(\text{Al}) : n(\text{HCl}) = 2:6 = 1:3$.

Найдем количество вещества HCl, необходимое для реакции:

$n(\text{HCl}) = 3 \times n(\text{Al}) = 3 \times 0.2 \text{ моль} = 0.6 \text{ моль}$

5. Вычислим массу чистого хлороводорода (HCl):

$m(\text{HCl}) = n(\text{HCl}) \times M(\text{HCl}) = 0.6 \text{ моль} \times 36.5 \text{ г/моль} = 21.9 \text{ г}$

6. Зная массу чистого вещества и его массовую долю в растворе, найдем массу раствора соляной кислоты:

$m_{\text{р-ра}}(\text{HCl}) = \frac{m(\text{HCl})}{\omega(\text{HCl})} = \frac{21.9 \text{ г}}{0.1} = 219 \text{ г}$

Ответ: необходимо взять 219 г раствора соляной кислоты.

3. Дано:

Масса оксида железа(III) $m(\text{Fe}_2\text{O}_3) = 20$ г

Масса алюминия $m(\text{Al}) = 50$ г

$m(\text{Fe}_2\text{O}_3) = 20 \text{ г} = 0.02 \text{ кг}$

$m(\text{Al}) = 50 \text{ г} = 0.05 \text{ кг}$

Найти:

$m(\text{Fe})$ - ?

Решение:

1. Уравнение реакции (алюмотермия):

$\text{Fe}_2\text{O}_3 + 2\text{Al} \rightarrow \text{Al}_2\text{O}_3 + 2\text{Fe}$

2. Рассчитаем молярные массы реагентов и продукта:

$M(\text{Fe}_2\text{O}_3) = 2 \times 56 + 3 \times 16 = 112 + 48 = 160$ г/моль

$M(\text{Al}) = 27$ г/моль

$M(\text{Fe}) = 56$ г/моль

3. Найдем количество вещества (моль) каждого из реагентов:

$n(\text{Fe}_2\text{O}_3) = \frac{m(\text{Fe}_2\text{O}_3)}{M(\text{Fe}_2\text{O}_3)} = \frac{20 \text{ г}}{160 \text{ г/моль}} = 0.125 \text{ моль}$

$n(\text{Al}) = \frac{m(\text{Al})}{M(\text{Al})} = \frac{50 \text{ г}}{27 \text{ г/моль}} \approx 1.852 \text{ моль}$

4. Определим, какой из реагентов находится в недостатке (является лимитирующим). Согласно уравнению реакции, 1 моль $\text{Fe}_2\text{O}_3$ реагирует с 2 моль Al.

Для реакции с 0.125 моль $\text{Fe}_2\text{O}_3$ потребуется:

$n_{\text{теор.}}(\text{Al}) = 2 \times n(\text{Fe}_2\text{O}_3) = 2 \times 0.125 = 0.25 \text{ моль}$

Поскольку у нас есть $\approx 1.852$ моль Al, что больше, чем 0.25 моль, алюминий находится в избытке, а оксид железа(III) — в недостатке. Расчет продукта (железа) будем вести по недостатку.

5. По уравнению реакции, из 1 моль $\text{Fe}_2\text{O}_3$ образуется 2 моль Fe. Соотношение $n(\text{Fe}_2\text{O}_3) : n(\text{Fe}) = 1:2$.

Найдем количество вещества железа, которое образуется в реакции:

$n(\text{Fe}) = 2 \times n(\text{Fe}_2\text{O}_3) = 2 \times 0.125 \text{ моль} = 0.25 \text{ моль}$

6. Вычислим массу образовавшегося железа:

$m(\text{Fe}) = n(\text{Fe}) \times M(\text{Fe}) = 0.25 \text{ моль} \times 56 \text{ г/моль} = 14 \text{ г}$

Ответ: образуется 14 г железа.