Номер 719, страница 129 - гдз по химии 9 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

719. Над чугунными опилками массой 6,70 кг пропустили избыток паров воды в результате чего образовался оксид железа(II, III). Водород какой массой образовался при этом, если массовая доля примесей в чугуне составляет 5,40 %?

Дано:

$m(\text{чугуна}) = 6,70 \text{ кг}$

$\omega(\text{примесей}) = 5,40 \% $

$m(\text{чугуна}) = 6,70 \text{ кг}$

$\omega(\text{примесей}) = 0,054$

Найти:

$m(\text{H}_2)$ - ?

Решение:

1. Чугун является сплавом железа с примесями. В реакцию с парами воды вступает только чистое железо. Найдем массовую долю и массу чистого железа в чугунных опилках.

Массовая доля железа ($\text{Fe}$) составляет:

$\omega(\text{Fe}) = 100\% - \omega(\text{примесей}) = 100\% - 5,40\% = 94,60\% = 0,946$

Масса чистого железа:

$m(\text{Fe}) = m(\text{чугуна}) \cdot \omega(\text{Fe}) = 6,70 \text{ кг} \cdot 0,946 = 6,3382 \text{ кг}$

2. Запишем уравнение химической реакции взаимодействия железа с водяным паром. При высокой температуре образуется железная окалина (смешанный оксид железа(II, III)) и водород:

$3\text{Fe} + 4\text{H}_2\text{O} \xrightarrow{t^\circ} \text{Fe}_3\text{O}_4 + 4\text{H}_2$

3. Рассчитаем количество вещества (в киломолях) чистого железа, вступившего в реакцию. Молярная масса железа $M(\text{Fe}) \approx 56 \text{ кг/кмоль}$.

$n(\text{Fe}) = \frac{m(\text{Fe})}{M(\text{Fe})} = \frac{6,3382 \text{ кг}}{56 \text{ кг/кмоль}} \approx 0,11318 \text{ кмоль}$

4. По уравнению реакции определим количество вещества водорода, которое образовалось. Соотношение количеств вещества железа и водорода составляет $3:4$.

$\frac{n(\text{Fe})}{3} = \frac{n(\text{H}_2)}{4}$

$n(\text{H}_2) = \frac{4 \cdot n(\text{Fe})}{3} = \frac{4 \cdot 0,11318 \text{ кмоль}}{3} \approx 0,15091 \text{ кмоль}$

5. Найдем массу образовавшегося водорода. Молярная масса водорода $M(\text{H}_2) = 2 \text{ кг/кмоль}$.

$m(\text{H}_2) = n(\text{H}_2) \cdot M(\text{H}_2) = 0,15091 \text{ кмоль} \cdot 2 \text{ кг/кмоль} \approx 0,30182 \text{ кг}$

Округляя результат до трех значащих цифр (в соответствии с данными в условии задачи), получаем:

$m(\text{H}_2) \approx 0,302 \text{ кг}$

Ответ: масса образовавшегося водорода составляет приблизительно 0,302 кг.