Номер 5, страница 89, часть 1 - гдз по химии 9 класс учебник Оспанова, Аухадиева

• 5*. Образец, содержащий $Fe$ и $FeO$, взаимодействует с 3,36 л (н.у.) $Cl_2$. На растворение такого же образца затрачен раствор соляной кислоты, содержащий 14,6 г $HCl$. Определите массу $FeO$ в образце.

Ответ: 7,2 г.

Дано:

Образец: смесь Fe и FeO

$V(\text{Cl}_2) = 3,36$ л (н.у.)

$m(\text{HCl}) = 14,6$ г

Найти:

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

Решение:

Задача описывает два эксперимента, проведенных с двумя одинаковыми образцами смеси железа (Fe) и оксида железа(II) (FeO).

1. Взаимодействие с хлором.

При взаимодействии смеси с газообразным хлором ($Cl_2$) реакция идет только с металлическим железом, так как оно является более сильным восстановителем. Оксид железа(II) в данных условиях с хлором не реагирует.

Уравнение реакции железа с хлором:

$2\text{Fe} + 3\text{Cl}_2 \rightarrow 2\text{FeCl}_3$

Вычислим количество вещества хлора, вступившего в реакцию. Объем газа дан при нормальных условиях (н.у.), где молярный объем газа $V_m$ равен 22,4 л/моль.

$n(\text{Cl}_2) = \frac{V(\text{Cl}_2)}{V_m} = \frac{3,36 \text{ л}}{22,4 \text{ л/моль}} = 0,15 \text{ моль}$

Согласно стехиометрии уравнения реакции, на 3 моль $Cl_2$ приходится 2 моль Fe. Рассчитаем количество вещества железа в образце:

$n(\text{Fe}) = \frac{2}{3} \cdot n(\text{Cl}_2) = \frac{2}{3} \cdot 0,15 \text{ моль} = 0,1 \text{ моль}$

2. Взаимодействие с соляной кислотой.

Второй образец, идентичный первому, растворяют в соляной кислоте (HCl). С кислотой реагируют оба компонента смеси.

Уравнения реакций:

$\text{Fe} + 2\text{HCl} \rightarrow \text{FeCl}_2 + \text{H}_2\uparrow$

$\text{FeO} + 2\text{HCl} \rightarrow \text{FeCl}_2 + \text{H}_2\text{O}$

Рассчитаем общее количество вещества HCl, затраченного на растворение. Молярная масса HCl составляет:

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

Общее количество вещества HCl:

$n(\text{HCl})_{\text{общ}} = \frac{m(\text{HCl})}{M(\text{HCl})} = \frac{14,6 \text{ г}}{36,5 \text{ г/моль}} = 0,4 \text{ моль}$

Это общее количество кислоты пошло на реакцию как с Fe, так и с FeO.

Рассчитаем количество HCl, которое прореагировало с железом. Из первого шага мы знаем, что $n(\text{Fe}) = 0,1 \text{ моль}$. По уравнению реакции, на 1 моль Fe требуется 2 моль HCl.

$n(\text{HCl})_{\text{на Fe}} = 2 \cdot n(\text{Fe}) = 2 \cdot 0,1 \text{ моль} = 0,2 \text{ моль}$

Теперь мы можем найти количество HCl, которое пошло на реакцию с оксидом железа(II), вычитая из общего количества:

$n(\text{HCl})_{\text{на FeO}} = n(\text{HCl})_{\text{общ}} - n(\text{HCl})_{\text{на Fe}} = 0,4 \text{ моль} - 0,2 \text{ моль} = 0,2 \text{ моль}$

Из уравнения реакции $\text{FeO} + 2\text{HCl}$ видно, что 1 моль Feo реагирует с 2 моль HCl. Найдем количество вещества Feo в образце:

$n(\text{FeO}) = \frac{1}{2} \cdot n(\text{HCl})_{\text{на FeO}} = \frac{1}{2} \cdot 0,2 \text{ моль} = 0,1 \text{ моль}$

3. Расчет массы FeO.

Для нахождения массы оксида железа(II) вычислим его молярную массу (атомные массы: Fe ≈ 56, o ≈ 16).

$M(\text{FeO}) = 56 + 16 = 72 \text{ г/моль}$

Теперь рассчитаем массу Feo в исходном образце:

$m(\text{FeO}) = n(\text{FeO}) \cdot M(\text{FeO}) = 0,1 \text{ моль} \cdot 72 \text{ г/моль} = 7,2 \text{ г}$

Ответ: 7,2 г.