Номер 718, страница 129 - гдз по химии 9 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

718. Железо какой массой прореагировало с парами воды с образованием оксида железа(II, III), если образовался водород объёмом (н. у.) $23.0 \, \text{м}^3$?

Дано:

$V(H_2) = 23,0 \, м^3$ (н. у. - нормальные условия)

Найти:

$m(Fe) - ?$

Решение:

1. Запишем уравнение реакции взаимодействия железа с парами воды. При высокой температуре железо реагирует с водяным паром с образованием железной окалины (смешанного оксида железа(II, III), $Fe_3O_4$) и водорода:

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

2. Найдем количество вещества (моль) водорода, образовавшегося в результате реакции. Поскольку водород находится при нормальных условиях (н. у.), мы можем использовать молярный объем газов, который составляет $V_m = 22,4 \, л/моль$ или $22,4 \cdot 10^{-3} \, м^3/моль$.

Количество вещества водорода $n(H_2)$ рассчитывается по формуле:

$n(H_2) = \frac{V(H_2)}{V_m}$

$n(H_2) = \frac{23,0 \, м^3}{22,4 \cdot 10^{-3} \, м^3/моль} \approx 1026,79 \, моль$

3. По уравнению реакции определим количество вещества железа, которое вступило в реакцию. Согласно стехиометрическим коэффициентам, соотношение количеств вещества железа и водорода составляет:

$\frac{n(Fe)}{3} = \frac{n(H_2)}{4}$

Отсюда выразим и найдем количество вещества железа $n(Fe)$:

$n(Fe) = \frac{3}{4} \cdot n(H_2)$

$n(Fe) = \frac{3}{4} \cdot 1026,79 \, моль \approx 770,09 \, моль$

4. Рассчитаем массу железа, зная его количество вещества и молярную массу. Молярная масса железа $M(Fe)$ составляет приблизительно $56 \, г/моль$ или $0,056 \, кг/моль$.

Масса железа $m(Fe)$ находится по формуле:

$m(Fe) = n(Fe) \cdot M(Fe)$

$m(Fe) = 770,09 \, моль \cdot 56 \, г/моль \approx 43125 \, г$

Переведем массу в килограммы:

$43125 \, г = 43,125 \, кг$

Округлим результат до трех значащих цифр, так как исходный объем дан с тремя значащими цифрами (23,0).

$m(Fe) \approx 43,1 \, кг$

Ответ: масса прореагировавшего железа составляет 43,1 кг.