Номер 1454, страница 225 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

1454. Оксид железа массой 2,32 г полностью прореагировал с угарным газом массой 1,12 г. В результате реакции было получено металлическое железо. Установите формулу оксида.

Дано:

$m(Fe_xO_y) = 2,32 \text{ г}$

$m(CO) = 1,12 \text{ г}$

Все данные представлены в единицах, удобных для расчетов, перевод в СИ не требуется.

Найти:

Формулу оксида железа $Fe_xO_y$

Решение:

Запишем общее уравнение реакции восстановления оксида железа угарным газом. Угарный газ ($CO$) окисляется до углекислого газа ($CO_2$), забирая кислород у оксида железа:

$Fe_xO_y + yCO \rightarrow xFe + yCO_2$

1. Найдем количество вещества (моль) угарного газа, вступившего в реакцию. Молярная масса $CO$:

$M(CO) = M(C) + M(O) = 12 + 16 = 28 \text{ г/моль}$

Количество вещества $CO$:

$n(CO) = \frac{m(CO)}{M(CO)} = \frac{1,12 \text{ г}}{28 \text{ г/моль}} = 0,04 \text{ моль}$

2. Из уравнения реакции видно, что каждая молекула $CO$ забирает один атом кислорода из оксида. Следовательно, количество вещества атомов кислорода в исходном оксиде равно количеству вещества прореагировавшего угарного газа:

$n(O) = n(CO) = 0,04 \text{ моль}$

3. Найдем массу кислорода в образце оксида железа. Молярная масса атомарного кислорода $M(O) = 16 \text{ г/моль}$.

$m(O) = n(O) \cdot M(O) = 0,04 \text{ моль} \cdot 16 \text{ г/моль} = 0,64 \text{ г}$

4. Зная массу всего оксида и массу кислорода в нем, найдем массу железа:

$m(Fe) = m(Fe_xO_y) - m(O) = 2,32 \text{ г} - 0,64 \text{ г} = 1,68 \text{ г}$

5. Найдем количество вещества железа в оксиде. Молярная масса железа $M(Fe) = 56 \text{ г/моль}$.

$n(Fe) = \frac{m(Fe)}{M(Fe)} = \frac{1,68 \text{ г}}{56 \text{ г/моль}} = 0,03 \text{ моль}$

6. Теперь мы знаем мольные количества железа и кислорода в оксиде. Найдем их соотношение, которое соответствует индексам $x$ и $y$ в формуле:

$x : y = n(Fe) : n(O) = 0,03 : 0,04$

Чтобы получить простейшее целочисленное соотношение, разделим оба числа на наименьшее из них (0,03):

$x : y = \frac{0,03}{0,03} : \frac{0,04}{0,03} = 1 : \frac{4}{3}$

Умножим оба числа на 3, чтобы избавиться от дроби:

$x : y = 1 \cdot 3 : \frac{4}{3} \cdot 3 = 3 : 4$

Таким образом, простейшая формула оксида железа — $Fe_3O_4$.

Ответ: Формула оксида железа — $Fe_3O_4$ (железная окалина или оксид железа(II,III)).