Номер 114, страница 25 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

114. Серу массой 25,0 г смешали с железом массой 25,0 г и нагрели. Рассчитайте массу продукта реакции.

Дано:

$m(S) = 25,0 \text{ г}$

$m(Fe) = 25,0 \text{ г}$

Перевод в СИ:

$m(S) = 0,0250 \text{ кг}$

$m(Fe) = 0,0250 \text{ кг}$

Найти:

$m(\text{продукта}) - ?$

Решение:

1. Сначала запишем уравнение химической реакции между серой и железом, которая происходит при нагревании. В результате реакции образуется сульфид железа(II).

$Fe + S \xrightarrow{t} FeS$

Уравнение уже сбалансировано. Из него видно, что железо (Fe) и сера (S) реагируют в мольном соотношении 1:1, образуя 1 моль сульфида железа (FeS).

2. Поскольку даны массы обоих реагентов, необходимо определить, какой из них находится в недостатке, так как именно он полностью прореагирует и определит массу продукта. Для этого найдем количество вещества (в молях) каждого реагента.

Молярная масса серы (S) составляет $M(S) \approx 32 \text{ г/моль}$.

Молярная масса железа (Fe) составляет $M(Fe) \approx 56 \text{ г/моль}$.

3. Рассчитаем количество вещества каждого реагента по формуле $n = \frac{m}{M}$:

Количество вещества серы:

$n(S) = \frac{m(S)}{M(S)} = \frac{25,0 \text{ г}}{32 \text{ г/моль}} \approx 0,781 \text{ моль}$

Количество вещества железа:

$n(Fe) = \frac{m(Fe)}{M(Fe)} = \frac{25,0 \text{ г}}{56 \text{ г/моль}} \approx 0,446 \text{ моль}$

4. Сравним полученные количества веществ. Так как для реакции требуется равное мольное количество железа и серы (1:1), а у нас $n(Fe) < n(S)$ ($0,446 \text{ моль} < 0,781 \text{ моль}$), то железо является лимитирующим реагентом (находится в недостатке). Это означает, что железо прореагирует полностью, а сера останется в избытке. Расчет массы продукта реакции следует вести по лимитирующему реагенту, то есть по железу.

5. Согласно уравнению реакции, из 1 моль железа образуется 1 моль сульфида железа. Следовательно, количество вещества образовавшегося продукта $n(FeS)$ будет равно количеству вещества прореагировавшего железа:

$n(FeS) = n(Fe) \approx 0,446 \text{ моль}$

6. Теперь рассчитаем массу продукта реакции. Для этого сначала найдем молярную массу сульфида железа(II):

$M(FeS) = M(Fe) + M(S) = 56 \text{ г/моль} + 32 \text{ г/моль} = 88 \text{ г/моль}$

Вычислим массу $FeS$ по формуле $m = n \cdot M$. Для большей точности используем не округленное значение количества вещества железа, а дробь:

$m(FeS) = n(FeS) \cdot M(FeS) = \frac{25,0}{56} \text{ моль} \cdot 88 \text{ г/моль} = \frac{25,0 \cdot 88}{56} \text{ г} \approx 39,2857 \text{ г}$

7. Исходные данные в задаче даны с точностью до трех значащих цифр (25,0). Поэтому ответ следует округлить до трех значащих цифр.

$m(FeS) \approx 39,3 \text{ г}$

Ответ: масса продукта реакции (сульфида железа) составляет 39,3 г.