Номер 1452, страница 225 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

1452. Над раскалёнными железными опилками массой 30,8 г пропустили избыток водяного пара. Рассчитайте объём (н. у.) выделившегося водорода, если его выход равен 76,6 %.

Дано:

$m(\text{Fe}) = 30,8 \text{ г}$

$\eta(\text{H}_2) = 76,6 \% = 0,766$

Водяной пар $(\text{H}_2\text{O})$ в избытке.

Найти:

$V(\text{H}_2) - ?$

Решение:

1. Запишем уравнение реакции взаимодействия раскаленного железа с водяным паром. При высокой температуре образуется железная окалина (смешанный оксид железа (II, III)) и водород:

$3\text{Fe} + 4\text{H}_2\text{O} \xrightarrow{t^\circ} \text{Fe}_3\text{O}_4 + 4\text{H}_2$

2. Рассчитаем количество вещества (моль) железных опилок. Молярная масса железа $M(\text{Fe}) = 56$ г/моль.

$n(\text{Fe}) = \frac{m(\text{Fe})}{M(\text{Fe})} = \frac{30,8 \text{ г}}{56 \text{ г/моль}} = 0,55 \text{ моль}$

3. По уравнению реакции определим теоретическое количество вещества водорода, которое должно было выделиться. Соотношение количеств веществ железа и водорода составляет:

$n(\text{Fe}) : n(\text{H}_2) = 3 : 4$

Отсюда теоретическое количество вещества водорода:

$n_{теор}(\text{H}_2) = \frac{4 \times n(\text{Fe})}{3} = \frac{4 \times 0,55 \text{ моль}}{3} \approx 0,7333 \text{ моль}$

4. Рассчитаем теоретический объем водорода при нормальных условиях (н. у.), используя молярный объем газа $V_m = 22,4$ л/моль.

$V_{теор}(\text{H}_2) = n_{теор}(\text{H}_2) \times V_m = \frac{4 \times 0,55}{3} \text{ моль} \times 22,4 \text{ л/моль} \approx 16,43 \text{ л}$

5. Найдем практический объем выделившегося водорода с учетом заданного выхода реакции:

$V_{практ}(\text{H}_2) = V_{теор}(\text{H}_2) \times \eta(\text{H}_2)$

$V_{практ}(\text{H}_2) = 16,43 \text{ л} \times 0,766 \approx 12,58 \text{ л}$

Округлим результат до трех значащих цифр, как в исходных данных.

$V_{практ}(\text{H}_2) \approx 12,6 \text{ л}$

Ответ: объем выделившегося водорода равен 12,6 л.