Номер 9, страница 47 - гдз по химии 8 класс учебник Шиманович, Красицкий

9. В былые времена для получения водорода в промышленных масштабах пары воды пропускали над раскаленными чугунными стружками (сплав железа и углерода). Продуктами этой реакции были железная окалина $Fe_3O_4$ и водород $H_2$. Рассчитайте массу железной окалины и объем (н. у.) водорода, которые образуются при пропускании паров воды над раскаленными чугунными стружками, в состав которых входит железо массой 420 г.

Дано:

масса железа $m(Fe) = 420$ г

Найти:

массу железной окалины $m(Fe_3O_4) - ?$

объем водорода (н. у.) $V(H_2) - ?$

Решение:

1. Запишем уравнение реакции взаимодействия раскаленного железа с парами воды. Согласно условию, продуктами являются железная окалина ($Fe_3O_4$) и водород ($H_2$). В реакцию вступает железо из состава чугунных стружек. Уравняем реакцию:

$3Fe + 4H_2O \xrightarrow{t^\circ} Fe_3O_4 + 4H_2$

2. Для расчетов нам понадобятся молярные массы железа ($Fe$) и железной окалины ($Fe_3O_4$). Используем относительные атомные массы из периодической таблицы: $Ar(Fe) \approx 56$, $Ar(O) \approx 16$.

Молярная масса железа:

$M(Fe) = 56$ г/моль

Молярная масса железной окалины:

$M(Fe_3O_4) = 3 \cdot Ar(Fe) + 4 \cdot Ar(O) = 3 \cdot 56 + 4 \cdot 16 = 168 + 64 = 232$ г/моль

3. Найдем количество вещества (число моль) железа массой 420 г по формуле $n = \frac{m}{M}$:

$n(Fe) = \frac{m(Fe)}{M(Fe)} = \frac{420 \text{ г}}{56 \text{ г/моль}} = 7,5$ моль

4. Используя стехиометрические коэффициенты из уравнения реакции, найдем количество вещества продуктов — железной окалины и водорода.

Соотношение количеств веществ по уравнению реакции:

$n(Fe) : n(Fe_3O_4) : n(H_2) = 3 : 1 : 4$

Отсюда находим количество вещества железной окалины:

$n(Fe_3O_4) = \frac{1}{3} \cdot n(Fe) = \frac{1}{3} \cdot 7,5 \text{ моль} = 2,5$ моль

И количество вещества водорода:

$n(H_2) = \frac{4}{3} \cdot n(Fe) = \frac{4}{3} \cdot 7,5 \text{ моль} = 10$ моль

5. Рассчитаем массу железной окалины ($Fe_3O_4$) по формуле $m = n \cdot M$:

$m(Fe_3O_4) = n(Fe_3O_4) \cdot M(Fe_3O_4) = 2,5 \text{ моль} \cdot 232 \text{ г/моль} = 580$ г

6. Рассчитаем объем водорода ($H_2$) при нормальных условиях (н. у.). При н. у. молярный объем любого газа $V_m$ равен 22,4 л/моль. Используем формулу $V = n \cdot V_m$:

$V(H_2) = n(H_2) \cdot V_m = 10 \text{ моль} \cdot 22,4 \text{ л/моль} = 224$ л

Ответ: масса железной окалины $m(Fe_3O_4) = 580$ г; объем водорода $V(H_2) = 224$ л.