Номер 6, страница 13 - гдз по химии 9 класс сборник задач и упражнений Габриелян, Тригубчак

Упражнения и задачи для самостоятельного решения. 2. Задачи на примеси и практический выход реакции - номер 6, страница 13.

Условие.

6. При восстановлении железной окалины массой 145 кг избытком углерода получили 100,8 кг чистого металла. Определите массу примесей в исходном образце железной окалины.

Решение.

Решение 2.

Дано:

Масса образца железной окалины: $m(обр.) = 145$ кг

Масса полученного чистого металла (железа): $m(Fe) = 100,8$ кг

Найти:

Массу примесей в исходном образце: $m(примесей) - ?$

Решение:

1. Железная окалина представляет собой в основном оксид железа(II,III) с формулой $Fe_3O_4$. Процесс восстановления железа из окалины избытком углерода описывается следующим химическим уравнением:

$Fe_3O_4 + 4C \rightarrow 3Fe + 4CO$

2. Рассчитаем молярные массы железа ($Fe$) и железной окалины ($Fe_3O_4$). Для удобства будем вести расчеты в килограммах (кг) и киломолях (кмоль).

Молярная масса железа $M(Fe) = 56$ кг/кмоль.

Молярная масса железной окалины $M(Fe_3O_4) = 3 \cdot 56 + 4 \cdot 16 = 168 + 64 = 232$ кг/кмоль.

3. Найдем количество вещества (в киломолях) чистого железа, полученного в ходе реакции:

$\nu(Fe) = \frac{m(Fe)}{M(Fe)} = \frac{100,8 \text{ кг}}{56 \text{ кг/кмоль}} = 1,8$ кмоль

4. По уравнению реакции определим, какое количество вещества $Fe_3O_4$ потребовалось для получения 1,8 кмоль железа. Согласно стехиометрическим коэффициентам, соотношение количеств вещества $\nu(Fe_3O_4) : \nu(Fe)$ равно $1 : 3$.

$\nu(Fe_3O_4) = \frac{1}{3} \cdot \nu(Fe) = \frac{1}{3} \cdot 1,8 \text{ кмоль} = 0,6$ кмоль

5. Теперь вычислим массу чистой железной окалины, которая содержалась в исходном образце и прореагировала с углеродом:

$m(Fe_3O_4) = \nu(Fe_3O_4) \cdot M(Fe_3O_4) = 0,6 \text{ кмоль} \cdot 232 \text{ кг/кмоль} = 139,2$ кг

6. Исходный образец массой 145 кг состоял из чистой железной окалины и негорючих примесей. Чтобы найти массу примесей, нужно из общей массы образца вычесть массу прореагировавшей чистой окалины:

$m(примесей) = m(обр.) - m(Fe_3O_4)$

$m(примесей) = 145 \text{ кг} - 139,2 \text{ кг} = 5,8$ кг

Ответ: масса примесей в исходном образце железной окалины составляет 5,8 кг.