Номер 1451, страница 225 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

1451. Железо массой 15,6 г полностью прореагировало с хлором. Образовавшуюся соль растворили в воде и затем к полученному раствору добавили избыток раствора гидроксида натрия, а выпавший при этом осадок отделили и прокалили. Рассчитайте массу твёрдого остатка, полученного после прокаливания.

Дано:

$m(Fe) = 15,6$ г

Найти:

$m(\text{твёрдого остатка}) - ?$

Решение:

В задаче описана последовательность химических превращений. Запишем уравнения соответствующих реакций.

1. Взаимодействие железа с хлором. Железо, являясь переходным металлом, реагирует с сильным окислителем хлором с образованием соли железа(III), то есть хлорида железа(III):

$2Fe + 3Cl_2 \rightarrow 2FeCl_3$

2. К раствору образовавшейся соли, хлорида железа(III), добавляют избыток раствора гидроксида натрия. Протекает реакция ионного обмена, в результате которой выпадает осадок гидроксида железа(III):

$FeCl_3 + 3NaOH \rightarrow Fe(OH)_3\downarrow + 3NaCl$

3. Осадок гидроксида железа(III) отделяют и прокаливают. При термическом разложении гидроксида железа(III) образуется оксид железа(III) и вода. Твёрдым остатком после прокаливания является оксид железа(III):

$2Fe(OH)_3 \xrightarrow{t^\circ} Fe_2O_3 + 3H_2O$

Так как по условию железо прореагировало полностью, а гидроксид натрия был взят в избытке, расчёт массы конечного продукта будем вести по исходному веществу – железу. Вся масса железа из исходного образца переходит в конечный продукт - оксид железа(III).

Рассчитаем количество вещества (моль) железа, вступившего в реакцию. Молярная масса железа $M(Fe) = 56$ г/моль.

$n(Fe) = \frac{m(Fe)}{M(Fe)} = \frac{15,6 \text{ г}}{56 \text{ г/моль}} \approx 0,2786 \text{ моль}$

Рассмотрим стехиометрические соотношения по всей цепочке превращений: $2Fe \rightarrow 2FeCl_3 \rightarrow 2Fe(OH)_3 \rightarrow Fe_2O_3$.

Из общей схемы видно, что из 2 моль атомов железа образуется 1 моль оксида железа(III). Следовательно, количество вещества оксида железа(III) будет в два раза меньше количества вещества исходного железа:

$n(Fe_2O_3) = \frac{1}{2} n(Fe)$

$n(Fe_2O_3) = \frac{1}{2} \cdot \frac{15,6}{56} \text{ моль} = \frac{15,6}{112} \text{ моль} \approx 0,1393 \text{ моль}$

Теперь рассчитаем молярную массу оксида железа(III), $Fe_2O_3$:

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

Наконец, найдём массу твёрдого остатка (оксида железа(III)):

$m(Fe_2O_3) = n(Fe_2O_3) \cdot M(Fe_2O_3) = \frac{15,6}{112} \text{ моль} \cdot 160 \text{ г/моль} = \frac{15,6 \cdot 160}{112} \text{ г} \approx 22,3 \text{ г}$

Ответ: масса твёрдого остатка, полученного после прокаливания, составляет 22,3 г.