Question

Cмесь массой 0,752 г, состоящую из железо (II) оксида, железо (III) оксида и железо (II,III) оксида, нагрели в токе водорода до тех пор, пока масса твердого остатка не перестала изменяться. B результате было получено 0,560 г твердого вещества. Смесь такого же состава массой 1,504 г полностью растворили в соляной кислоте массой 27,0 г c массовой долей HCl 7,3%. Укажите максимальную массу (мг) железа, которое можно дополнительно растворить в полученном растворе (считать, что в конечном растворе содержится только одна соль). Ответ: 392

Answer 1

Из 1.504 г смеси будет пол-о 0.56*(1.504/0.752) = 1.12 г Fe, для р-ии с 1.504 г смеси взято (27*0.073)/36.5 = 0.054 моль HCl;

масса O в смеси оксидов = 1.504-1.12 = 0.384 г, n O = 0.384/16 = 0.024 моль, на р-ию с условными ионами (O)-2 треб-ся 0.024*2 = 0.048 моль ионов H+, т.о. HCl ост-я в изб. = 0.054-0.048 = 0.006 моль;

a) Fe + 2HCl = FeCl2 + H2 - на р-ию с 0.006 моль HCl будет затр-о 56*(0.006/2)*1000 = 168 мг Fe;

кроме того, при раств-и Fe2O3 и Fe3O4 образ-я помимо FeCl2 еще и FeCl3, с кот-м прор-т Fe по р-ии: b) Fe + 2FeCl3 = 3FeCl2;

в смеси 72*х г FeO, 160*y г Fe2O3 и 232*z г Fe3O4, тогда 72*х+160*y+232*z = 1.504 (1);

кроме того, х моль FeO сод-т х моль O, y моль Fe2O3 - 3*y моль O, z моль Fe3O4 - 4*z моль O, в сумме х+3*y+4*z = 0.024 (2);

выразив из (2) х и подставив пол-е выражение в (1), находим, что данная система имеет 3 вар-а решения:

z = 0.003, y = 0.001, x = 0.009 (1),

z = 0.002, y = 0.002, x = 0.01 (2),

z = 0.001, y = 0.003, x = 0.011 (3);

для вар-а (1) кол-во в-ва FeCl3, образ-я при раств-и 0.001 моль Fe2O3 и 0.003 моль Fe3O4 составит 0.001*2+0.003*2 = 0.008 моль;

для вар-а (2) - соотв-о 0.002*2+0.002*2 = 0.008 моль;

для вар-а (3) - соотв-о 0.003*2+0.001*2 = 0.008 моль;

т.о. для р-ии b) потр-я Fe массой 56*(0.008/2)*1000 = 224 мг;

сумм-о для р-ий a) и b) потр-я Fe массой 168+224 = 392 мг.

Answer 2

Давайте рассмотрим каждый этап данного химического процесса:

1. Восстановление смеси в токе водорода: - Начальная масса смеси: 0,752 г - Масса твердого остатка после нагрева: 0,560 г

Разница в массе между начальным состоянием и твердым остатком указывает на то, что часть соединений в смеси была восстановлена водородом.

\[ \text{Масса восстановленного железа} = 0,752 \, \text{г} - 0,560 \, \text{г} = 0,192 \, \text{г} \]

2. Растворение твердого вещества в соляной кислоте: - Масса твердого вещества: 0,560 г - Масса соляной кислоты: 27,0 г - Массовая доля \( \text{HCl} = 7,3\% \)

Найдем количество молей \( \text{HCl} \) в растворе: \[ \text{Моль} \, \text{HCl} = \frac{\text{Масса} \, \text{HCl}}{\text{Молярная масса} \, \text{HCl}} \]

Зная, что массовая доля \( \text{HCl} \) равна отношению массы \( \text{HCl} \) к общей массе раствора, мы можем выразить массу \( \text{HCl} \): \[ \text{Масса} \, \text{HCl} = 0,073 \times (\text{Масса раствора}) \]

Рассчитаем массу \( \text{HCl} \): \[ \text{Масса} \, \text{HCl} = 0,073 \times 27,0 \, \text{г} = 1,971 \, \text{г} \]

Найдем количество молей \( \text{Fe} \) в растворе: \[ \text{Моль} \, \text{Fe} = \frac{\text{Масса} \, \text{Fe}}{\text{Молярная масса} \, \text{Fe}} \]

Где \( \text{Молярная масса} \, \text{Fe} \) зависит от того, в каком оксидном состоянии находится железо в растворе. Поскольку сказано, что в конечном растворе содержится только одна соль, давайте предположим, что железо присутствует в виде хлорида железа (III) (FeCl3).

Молярная масса \( \text{FeCl3} = 55,85 \, \text{г/моль} + 3 \times 35,45 \, \text{г/моль} = 162,20 \, \text{г/моль} \]

Теперь рассчитаем массу железа: \[ \text{Масса} \, \text{Fe} = \text{Моль} \, \text{Fe} \times \text{Молярная масса} \, \text{Fe} \] \[ \text{Масса} \, \text{Fe} = \frac{0,192 \, \text{г}}{55,85 \, \text{г/моль}} \times 162,20 \, \text{г/моль} = 0,446 \, \text{г} \]

Таким образом, максимальная масса железа, которое можно дополнительно растворить в полученном растворе, равна 0,446 г. Ответ: 446 мг.