Вопрос школьника
Смесь железа и оксида железа (III) обработали избытком соляной кислоты в отсутствие кислорода. При этом выделился газ объемом 1,12 л (н. у.) и образовалась смесь хлоридов железа массой 19,35 г. Определите массу исходной смеси.
Ответ от учителя
Уравнение реакции между железом и соляной кислотой:
Fe + 2HCl → FeCl2 + H2↑
Уравнение реакции между оксидом железа (III) и соляной кислотой:
Fe2O3 + 6HCl → 2FeCl3 + 3H2O↑
Так как выделился газ, то можно предположить, что реакция произошла с оксидом железа (III). Из уравнения видно, что на 1 моль Fe2O3 требуется 6 молей HCl, то есть на 1 л газа (н. у.) требуется 3 моль HCl. Объем выделенного газа в условиях задачи равен 1,12 л (н. у.), следовательно, количество HCl, которое было израсходовано, равно:
n(HCl) = V(H2) × (1 моль HCl / 3 л H2) = 1,12 л × (1 моль HCl / 3 л) = 0,373 моль HCl
Масса полученной смеси хлоридов железа равна 19,35 г. Так как в смеси хлоридов железа присутствуют два иона хлорида на один ион железа, то количество ионов железа в смеси равно:
n(Fe) = m(FeCl2) / M(FeCl2) = 19,35 г / (55,85 г/моль + 2 × 35,45 г/моль) = 0,174 моль Fe
Так как в уравнении реакции между Fe2O3 и HCl на 1 моль Fe2O3 требуется 2 моля FeCl3, то количество ионов железа в исходной смеси равно:
n(Fe) = 0,5 × n(FeCl3) = 0,5 × (m(FeCl3) / M(FeCl3)) = 0,5 × (m(FeCl2) / (2 × M(FeCl2))) = 0,5 × (19,35 г / (2 × (55,85 г/моль + 2 × 35,45 г/моль))) = 0,087 моль Fe
Масса исходной смеси равна:
m = n × M = (n(Fe2O3) + n(Fe)) × (2 × M(Fe) + 3 × M(O)) = n(Fe2O3) × (2 × 55,85 г/моль + 3 × 16 г/моль) + n(Fe) × (2 × 55,85 г/моль + 3 × 16 г/моль) = n(HCl) × (1 моль Fe2O3 / 6 моль HCl) × (2 × 55,85 г/моль + 3 × 16 г/моль) + n(Fe) × (2 × 55,85 г/моль + 3 × 16 г/моль) = 0,373 моль × (1 моль Fe2O3 / 6 моль HCl) × (2 × 55,85 г/моль + 3 × 16 г/моль) + 0,087 моль × (2 × 55,85 г/моль + 3 × 16 г/моль) = 10,5 г
Ответ: масса исходной смеси равна 10,5 г.
