Номер 881, страница 143 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

881. Навеску массой 16,5 г, состоящую из железа и оксида железа(II), растворили в избытке соляной кислоты. В результате реакции выделился водород объёмом (н. у.) $3,30 \text{ дм}^3$. Рассчитайте массовую долю оксида железа(II) в навеске.

Дано:

$m(\text{смеси Fe + FeO}) = 16,5$ г

$V(H_2) = 3,30$ дм³ (н. у.)

$m(\text{смеси}) = 16,5 \cdot 10^{-3}$ кг

$V(H_2) = 3,30 \cdot 10^{-3}$ м³

Найти:

$\omega(FeO)$ - ?

Решение:

При растворении навески в соляной кислоте протекают две реакции. Железо реагирует с соляной кислотой с выделением водорода, а оксид железа(II) реагирует с образованием соли и воды, без выделения газа.

1. Уравнение реакции железа с соляной кислотой:

$Fe + 2HCl \rightarrow FeCl_2 + H_2 \uparrow$

2. Уравнение реакции оксида железа(II) с соляной кислотой:

$FeO + 2HCl \rightarrow FeCl_2 + H_2O$

Из уравнений видно, что водород выделяется только в первой реакции. Это позволяет нам рассчитать массу чистого железа в исходной смеси, исходя из объема выделившегося водорода.

Найдем количество вещества (моль) выделившегося водорода. Объем газа дан при нормальных условиях (н. у.), где молярный объем любого газа $V_m$ составляет 22,4 дм³/моль.

$n(H_2) = \frac{V(H_2)}{V_m} = \frac{3,30 \text{ дм}^3}{22,4 \text{ дм}^3/\text{моль}} \approx 0,1473 \text{ моль}$

Согласно уравнению реакции $Fe + 2HCl \rightarrow FeCl_2 + H_2$, количество вещества железа, вступившего в реакцию, равно количеству вещества выделившегося водорода:

$n(Fe) = n(H_2) \approx 0,1473 \text{ моль}$

Теперь рассчитаем массу железа в смеси. Молярная масса железа $M(Fe) \approx 56$ г/моль.

$m(Fe) = n(Fe) \cdot M(Fe) = 0,1473 \text{ моль} \cdot 56 \text{ г/моль} \approx 8,25 \text{ г}$

Масса всей навески известна. Зная массу железа, можем найти массу оксида железа(II):

$m(FeO) = m(\text{смеси}) - m(Fe) = 16,5 \text{ г} - 8,25 \text{ г} = 8,25 \text{ г}$

Наконец, рассчитаем массовую долю оксида железа(II) в навеске по формуле:

$\omega(FeO) = \frac{m(FeO)}{m(\text{смеси})} \cdot 100\%$

$\omega(FeO) = \frac{8,25 \text{ г}}{16,5 \text{ г}} \cdot 100\% = 0,5 \cdot 100\% = 50\%$

Ответ: массовая доля оксида железа(II) в навеске составляет 50%.