Номер 146, страница 30 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

146. Соль, образовавшуюся при взаимодействии железа массой 567 мг с избытком хлора, растворили в воде. Затем к раствору добавили гидроксид калия химическим количеством 0,025 моль. Образовавшийся осадок отфильтровали и прокалили. Рассчитайте его массу.

Дано:

$m(Fe) = 567 \text{ мг}$

$n(KOH) = 0.025 \text{ моль}$

Перевод в г:

$m(Fe) = 567 \cdot 10^{-3} \text{ г} = 0,567 \text{ г}$

Найти:

$m(\text{прокаленного остатка}) - ?$

Решение:

1. Сначала запишем уравнение реакции взаимодействия железа с избытком хлора. Поскольку хлор является сильным окислителем и взят в избытке, железо окисляется до своей высшей устойчивой степени окисления +3. Образуется хлорид железа(III):

$2Fe + 3Cl_2 \rightarrow 2FeCl_3$

2. Рассчитаем химическое количество (число моль) железа, вступившего в реакцию. Молярная масса железа $M(Fe) \approx 56 \text{ г/моль}$.

$n(Fe) = \frac{m(Fe)}{M(Fe)} = \frac{0,567 \text{ г}}{56 \text{ г/моль}} \approx 0,010125 \text{ моль}$

3. Согласно стехиометрии уравнения (1), из 2 моль железа образуется 2 моль хлорида железа(III). Следовательно, их химические количества равны:

$n(FeCl_3) = n(Fe) = 0,010125 \text{ моль}$

4. Полученный хлорид железа(III) растворили в воде и добавили гидроксид калия. Происходит реакция ионного обмена, в результате которой выпадает осадок гидроксида железа(III):

$FeCl_3 + 3KOH \rightarrow Fe(OH)_3\downarrow + 3KCl$

5. Определим, какой из реагентов ($FeCl_3$ или $KOH$) находится в недостатке, так как он определит количество продуктов реакции. По уравнению реакции (2), на 1 моль $FeCl_3$ требуется 3 моль $KOH$.

Рассчитаем теоретически необходимое количество $KOH$ для реакции со всем имеющимся $FeCl_3$:

$n_{теор}(KOH) = 3 \cdot n(FeCl_3) = 3 \cdot 0,010125 \text{ моль} = 0,030375 \text{ моль}$

По условию задачи, было добавлено $0,025 \text{ моль}$ $KOH$. Поскольку фактическое количество гидроксида калия ($0,025 \text{ моль}$) меньше теоретически необходимого ($0,030375 \text{ моль}$), $KOH$ является лимитирующим реагентом. Все дальнейшие расчеты ведутся по нему.

6. Рассчитаем химическое количество образовавшегося осадка $Fe(OH)_3$, исходя из количества лимитирующего реагента ($KOH$). Из стехиометрии реакции (2) следует, что из 3 моль $KOH$ образуется 1 моль $Fe(OH)_3$:

$n(Fe(OH)_3) = \frac{1}{3} n(KOH) = \frac{0,025 \text{ моль}}{3}$

7. Образовавшийся осадок $Fe(OH)_3$ отфильтровали и прокалили (подвергли термическому разложению). Гидроксид железа(III) разлагается на оксид железа(III) и воду:

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

8. Рассчитаем химическое количество конечного продукта — оксида железа(III) ($Fe_2O_3$). По уравнению реакции (3), из 2 моль $Fe(OH)_3$ образуется 1 моль $Fe_2O_3$:

$n(Fe_2O_3) = \frac{1}{2} n(Fe(OH)_3) = \frac{1}{2} \cdot \left(\frac{0,025}{3}\right) \text{ моль} = \frac{0,025}{6} \text{ моль}$

9. Наконец, рассчитаем массу прокаленного остатка ($Fe_2O_3$). Для этого найдем его молярную массу:

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

Теперь вычислим массу:

$m(Fe_2O_3) = n(Fe_2O_3) \cdot M(Fe_2O_3) = \frac{0,025}{6} \text{ моль} \cdot 160 \text{ г/моль} \approx 0,667 \text{ г}$

Округлим результат до двух значащих цифр, так как наименьшая точность у исходного данного $n(KOH) = 0,025 \text{ моль}$.

Ответ: масса прокаленного остатка составляет 0,67 г.