Номер 234, страница 54 - гдз по химии 9 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

234. Хлор каким объёмом (н. у.) необходим для получения хлорида железа(III) массой 10,0 т из железа?

Дано:

масса хлорида железа(III) $m(\text{FeCl}_3) = 10,0 \text{ т}$

условия: нормальные (н. у.)

$m(\text{FeCl}_3) = 10,0 \text{ т} = 10,0 \cdot 10^3 \text{ кг} = 10,0 \cdot 10^6 \text{ г}$

молярный объем газа при н. у. $V_m = 22,4 \text{ л/моль}$

Найти:

объем хлора $V(\text{Cl}_2) - ?$

Решение:

1. Составим уравнение химической реакции взаимодействия железа с хлором с образованием хлорида железа(III):

$2\text{Fe} + 3\text{Cl}_2 \rightarrow 2\text{FeCl}_3$

2. Рассчитаем молярную массу хлорида железа(III) ($\text{FeCl}_3$). Для этого используем относительные атомные массы элементов из периодической таблицы: $Ar(\text{Fe}) \approx 56 \text{ а.е.м.}$, $Ar(\text{Cl}) \approx 35,5 \text{ а.е.м.}$.

$M(\text{FeCl}_3) = Ar(\text{Fe}) + 3 \cdot Ar(\text{Cl}) = 56 + 3 \cdot 35,5 = 56 + 106,5 = 162,5 \text{ г/моль}$

3. Вычислим количество вещества (число молей) хлорида железа(III) массой 10,0 т (10 000 000 г) по формуле $n = m/M$:

$n(\text{FeCl}_3) = \frac{m(\text{FeCl}_3)}{M(\text{FeCl}_3)} = \frac{10,0 \cdot 10^6 \text{ г}}{162,5 \text{ г/моль}} \approx 61538,5 \text{ моль}$

4. Используя стехиометрические коэффициенты в уравнении реакции, найдем количество вещества хлора ($\text{Cl}_2$), которое необходимо для получения данного количества продукта.

Из уравнения реакции видно, что для получения 2 моль $\text{FeCl}_3$ требуется 3 моль $\text{Cl}_2$. Составим пропорцию:

$\frac{n(\text{Cl}_2)}{n(\text{FeCl}_3)} = \frac{3}{2}$

Отсюда:

$n(\text{Cl}_2) = \frac{3}{2} \cdot n(\text{FeCl}_3) = 1,5 \cdot 61538,5 \text{ моль} \approx 92307,7 \text{ моль}$

5. Теперь можем рассчитать объем хлора при нормальных условиях (н. у.). Молярный объем любого газа при н. у. ($0^\circ\text{C}$ и 101,3 кПа) составляет $V_m = 22,4$ л/моль. Объем газа находится по формуле $V = n \cdot V_m$:

$V(\text{Cl}_2) = n(\text{Cl}_2) \cdot V_m \approx 92307,7 \text{ моль} \cdot 22,4 \text{ л/моль} \approx 2067692 \text{ л}$

6. Для удобства переведем объем из литров в кубические метры ($1 \text{ м}^3 = 1000 \text{ л}$) и округлим результат до трех значащих цифр, так как исходная масса дана с точностью до трех значащих цифр (10,0 т).

$V(\text{Cl}_2) = \frac{2067692 \text{ л}}{1000 \text{ л/м}^3} \approx 2067,7 \text{ м}^3$

Округляя, получаем $2070 \text{ м}^3$.

Ответ: для получения 10,0 т хлорида железа(III) необходим хлор объемом $2070 \text{ м}^3$ (при н. у.).