Номер 4, страница 154 - гдз по химии 9 класс учебник Усманова, Сакарьянова

4. При восстановлении оксида железа (III) массой 120 г углеродом образовалось железо массой 67,2 г. Найдите практический выход (%) железа от теоретически возможного.

4. Дано:

Масса оксида железа(III), $m(Fe_2O_3) = 120 \text{ г}$

Практическая масса железа, $m_{практ}(Fe) = 67,2 \text{ г}$

Найти:

Практический выход железа, $\eta(Fe) - ?$

Решение:

Практический выход продукта реакции ($\eta$) — это отношение массы практически полученного продукта ($m_{практ}$) к массе, которая могла бы быть получена в идеальных условиях ($m_{теор}$), то есть к теоретическому выходу, выраженное в процентах.

Формула для расчета: $\eta = \frac{m_{практ}}{m_{теор}} \cdot 100\%$

1. Сначала рассчитаем теоретически возможную массу железа, которую можно получить из 120 г оксида железа(III). Для этого нам понадобится уравнение реакции:

$2Fe_2O_3 + 3C \rightarrow 4Fe + 3CO_2$

Из уравнения видно, что из 2 моль оксида железа(III) образуется 4 моль железа. Или, проще, из 1 моль $Fe_2O_3$ образуется 2 моль $Fe$.

2. Найдем молярные массы оксида железа(III) и железа. Используем относительные атомные массы из периодической таблицы: $Ar(Fe) = 56$, $Ar(O) = 16$.

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

$M(Fe) = 56 \text{ г/моль}$

3. Вычислим количество вещества (в молях) оксида железа(III) в 120 г:

$n(Fe_2O_3) = \frac{m(Fe_2O_3)}{M(Fe_2O_3)} = \frac{120 \text{ г}}{160 \text{ г/моль}} = 0,75 \text{ моль}$

4. По уравнению реакции определим теоретическое количество вещества железа. Соотношение $n(Fe_2O_3) : n(Fe) = 1 : 2$.

$n_{теор}(Fe) = 2 \cdot n(Fe_2O_3) = 2 \cdot 0,75 \text{ моль} = 1,5 \text{ моль}$

5. Рассчитаем теоретическую массу железа:

$m_{теор}(Fe) = n_{теор}(Fe) \cdot M(Fe) = 1,5 \text{ моль} \cdot 56 \text{ г/моль} = 84 \text{ г}$

6. Теперь, зная практическую (67,2 г) и теоретическую (84 г) массы железа, найдем практический выход:

$\eta(Fe) = \frac{m_{практ}(Fe)}{m_{теор}(Fe)} \cdot 100\% = \frac{67,2 \text{ г}}{84 \text{ г}} \cdot 100\% = 0,8 \cdot 100\% = 80\%$

Ответ: практический выход железа от теоретически возможного составляет 80%.

5. (Условие задачи неполное. Предполагается, что в результате реакции образовалось 32 г хлороводорода (HCl), и требуется найти его практический выход от теоретически возможного.)

Дано:

Масса водорода, $m(H_2) = 1 \text{ г}$

Практическая масса хлороводорода, $m_{практ}(HCl) = 32 \text{ г}$

Найти:

Практический выход хлороводорода, $\eta(HCl) - ?$

Решение:

Для нахождения практического выхода ($\eta$) необходимо соотнести массу продукта, полученную на практике ($m_{практ}$), с теоретически возможной массой ($m_{теор}$).

$\eta = \frac{m_{практ}}{m_{теор}} \cdot 100\%$

1. Запишем уравнение реакции синтеза хлороводорода:

$H_2 + Cl_2 \rightarrow 2HCl$

Поскольку масса хлора не указана, считаем, что он взят в избытке и расчет ведется по водороду (недостатку).

2. Найдем молярные массы водорода ($H_2$) и хлороводорода ($HCl$). Используем относительные атомные массы: $Ar(H) = 1$, $Ar(Cl) = 35,5$.

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

$M(HCl) = Ar(H) + Ar(Cl) = 1 + 35,5 = 36,5 \text{ г/моль}$

3. Вычислим количество вещества (моль) водорода в 1 г:

$n(H_2) = \frac{m(H_2)}{M(H_2)} = \frac{1 \text{ г}}{2 \text{ г/моль}} = 0,5 \text{ моль}$

4. По уравнению реакции определим теоретическое количество вещества хлороводорода. Соотношение $n(H_2) : n(HCl) = 1 : 2$.

$n_{теор}(HCl) = 2 \cdot n(H_2) = 2 \cdot 0,5 \text{ моль} = 1 \text{ моль}$

5. Рассчитаем теоретическую массу хлороводорода:

$m_{теор}(HCl) = n_{теор}(HCl) \cdot M(HCl) = 1 \text{ моль} \cdot 36,5 \text{ г/моль} = 36,5 \text{ г}$

6. Теперь вычислим практический выход, зная, что практически было получено 32 г HCl:

$\eta(HCl) = \frac{m_{практ}(HCl)}{m_{теор}(HCl)} \cdot 100\% = \frac{32 \text{ г}}{36,5 \text{ г}} \cdot 100\% \approx 0,8767 \cdot 100\% \approx 87,7\%$

Ответ: практический выход хлороводорода составляет примерно 87,7%.