Номер 527, страница 81 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

527. *Термитная смесь, или термит, используется при ремонте изделий из железа и его сплавов в полевых условиях, когда электро- или газовая сварка недоступны. Термит представляет собой стехиометрическую смесь оксида железа(III) и порошкообразного алюминия. Приведите уравнение реакции, протекающей при поджигании термитной смеси. Рассчитайте массы оксида железа(III) и алюминия, которые необходимы для приготовления 500 г термитной смеси.

Приведите уравнение реакции, протекающей при поджигании термитной смеси.

Термитная смесь, согласно условию, представляет собой стехиометрическую смесь оксида железа(III) ($Fe_2O_3$) и порошкообразного алюминия ($Al$). При поджигании этой смеси протекает экзотермическая реакция алюминотермии, в ходе которой алюминий, будучи более активным металлом, восстанавливает железо из его оксида. В результате реакции образуются расплавленное железо ($Fe$) и оксид алюминия ($Al_2O_3$).

Сбалансированное уравнение реакции выглядит следующим образом:

$Fe_2O_3 + 2Al \rightarrow Al_2O_3 + 2Fe$

Ответ: $Fe_2O_3 + 2Al \rightarrow Al_2O_3 + 2Fe$.

Рассчитайте массы оксида железа(III) и алюминия, которые необходимы для приготовления 500 г термитной смеси.

Дано:

$m_{\text{смеси}} = 500 \text{ г}$

Смесь является стехиометрической.

Найти:

$m(Fe_2O_3)$ — ?

$m(Al)$ — ?

Решение:

1. Из уравнения реакции $Fe_2O_3 + 2Al \rightarrow Al_2O_3 + 2Fe$ видно, что реагенты находятся в стехиометрическом мольном соотношении:

$n(Fe_2O_3) : n(Al) = 1 : 2$

2. Вычислим молярные массы ($M$) реагентов, используя значения относительных атомных масс из периодической системы: $Ar(Fe) \approx 56$, $Ar(O) \approx 16$, $Ar(Al) \approx 27$.

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

$M(Al) = 27 \text{ г/моль}$

3. Найдем массовое соотношение реагентов в стехиометрической смеси. Для этого массу 1 моля $Fe_2O_3$ соотнесем с массой 2 молей $Al$:

$m(Fe_2O_3) : m(Al) = (1 \cdot M(Fe_2O_3)) : (2 \cdot M(Al))$

$m(Fe_2O_3) : m(Al) = (1 \cdot 160) : (2 \cdot 27) = 160 : 54$

Это соотношение можно упростить, разделив обе части на 2: $80 : 27$.

4. Пусть масса алюминия в смеси равна $m(Al)$, а масса оксида железа(III) равна $m(Fe_2O_3)$. Их сумма равна общей массе смеси:

$m(Al) + m(Fe_2O_3) = 500 \text{ г}$

Из массового соотношения выразим массу оксида железа(III) через массу алюминия:

$m(Fe_2O_3) = \frac{80}{27} m(Al)$

5. Подставим это выражение в уравнение для общей массы и решим его относительно $m(Al)$:

$m(Al) + \frac{80}{27} m(Al) = 500$

$(\frac{27}{27} + \frac{80}{27}) m(Al) = 500$

$\frac{107}{27} m(Al) = 500$

$m(Al) = \frac{500 \cdot 27}{107} \approx 126.17 \text{ г}$

6. Теперь найдем массу оксида железа(III):

$m(Fe_2O_3) = 500 \text{ г} - m(Al) = 500 - 126.17 = 373.83 \text{ г}$

Ответ: для приготовления 500 г термитной смеси необходимо взять 373.83 г оксида железа(III) и 126.17 г алюминия.