Вопрос школьника
При полном восстановлении оксида железа(III) углеродом выделилось 50,4 л (в пересчёте на н. у.) углекислого газа. Сколько граммов железа образовалось?
Ответ от учителя
Уравнение реакции восстановления оксида железа(III) углеродом выглядит следующим образом:
Fe2O3 + 3C → 2Fe + 3CO2
Из уравнения видно, что на каждые 3 молекулы углерода образуется 2 молекулы железа. Также известно, что при данной реакции выделилось 50,4 л углекислого газа. Для расчета количества образовавшегося железа необходимо определить количество углерода, участвовавшего в реакции.
Для этого воспользуемся законом Дальтона, согласно которому объем смеси газов равен сумме объемов каждого газа при одинаковых условиях температуры и давления. Таким образом, объем углекислого газа, выделенного при реакции, равен сумме объемов углерода и кислорода, участвующих в реакции.
CO2 → C + O2
1 молекула CO2 распадается на 1 молекулу углерода и 1 молекулу кислорода. Таким образом, количество углерода, участвовавшего в реакции, равно половине объема выделенного углекислого газа:
V(C) = V(CO2) / 2 = 50,4 л / 2 = 25,2 л
Для перевода объема газа в количество веществ воспользуемся уравнением состояния идеального газа:
PV = nRT
где P — давление газа, V — его объем, n — количество вещества, R — универсальная газовая постоянная, T — температура газа в кельвинах.
При нормальных условиях (температура 0 °C и давление 1 атм) объем 1 моль газа равен 22,4 л. Таким образом, количество углерода, участвовавшего в реакции, равно:
n(C) = PV / RT = (1 атм * 25,2 л) / (0,0821 л * атм / моль * К * 273 К) = 1,05 моль
Из уравнения реакции видно, что на каждые 3 молекулы углерода образуется 2 молекулы железа. Таким образом, количество образовавшегося железа равно:
n(Fe) = 2/3 * n(C) = 0,7 моль
Молярная масса железа равна 56 г/моль. Таким образом, масса образовавшегося железа равна:
m(Fe) = n(Fe) * M(Fe) = 0,7 моль * 56 г/моль = 39,2 г
Ответ: образовалось 39,2 г железа.
