Вопрос школьника
При взаимодействии водорода объемом 11,2 л с оксидом железа FeO4 образовалась железо массой 18 г. Сколько процентов составляет данный выход от теоретически возможного ?
Ответ от учителя
Для решения задачи необходимо сначала определить количество вещества железа, которое должно было образоваться при реакции. Для этого воспользуемся уравнением реакции:
FeO4 + 4H2 → Fe + 4H2O
Из уравнения видно, что на каждый моль FeO4 должно образоваться 1 моль железа. Таким образом, количество молей железа можно определить по формуле:
n(Fe) = m(Fe) / M(Fe)
где m(Fe) — масса железа, M(Fe) — молярная масса железа.
Подставляя известные значения, получаем:
n(Fe) = 18 г / 56 г/моль = 0,321 моль
Теперь можно определить количество молей FeO4, которое должно было участвовать в реакции. Для этого воспользуемся законом сохранения массы:
n(FeO4) = n(Fe) / 1 = 0,321 моль
Объем водорода, который участвовал в реакции, равен объему 11,2 л. Для определения количества молей водорода воспользуемся уравнением состояния идеального газа:
PV = nRT
где P — давление газа, V — его объем, n — количество молей газа, R — универсальная газовая постоянная, T — температура газа.
При стандартных условиях (температура 0 °C, давление 1 атм) универсальная газовая постоянная равна 0,0821 л·атм/(моль·К). Подставляя известные значения, получаем:
n(H2) = PV / RT = (1 атм) * (11,2 л) / (0,0821 л·атм/(моль·К) * (273 К)) = 0,476 моль
Из уравнения реакции видно, что на каждый моль FeO4 должно участвовать 4 моля водорода. Таким образом, количество молей FeO4 можно определить по формуле:
n(FeO4) = n(H2) / 4 = 0,119 моль
Теперь можно определить процент выхода железа от теоретически возможного. Для этого воспользуемся формулой:
% выхода = (n(Fe) / n(FeO4)) * 100%
Подставляя известные значения, получаем:
% выхода = (0,321 моль / 0,119 моль) * 100% = 270%
Такой результат говорит о том, что выход железа превышает теоретически возможный. Возможными причинами могут быть неполное протекание реакции, наличие примесей в исходных веществах или ошибки при проведении эксперимента.
