Question

Вычисли, достаточно ли будет водорода объемом 224 л (н. у.) для полного восстановления железа из оксида железа (III), полученного в результате термического разложения гидроксида железа (III) массой 428 г.

Answer 1

2Fe(OH)3=Fe2O3+3H2O       (1)

 

Fe2O3+3H2=2Fe+3H2O          (2)

 

1) n(Fe(OH)3)=m(Fe(OH)3)/M(Fe(OH)3)=428/107=4

 

2) n(Fe(OH)3)/2=n(Fe2O3)=4/2=2

 

3) n(H2)=V(H2)/V=224/22.4=10

 

4) n(Fe2O3)*3=n(H2 которая нужна)=3*2=6

 

5) 6<10---------значит хватит

Answer 2

Чтобы решить эту задачу, давайте сначала составим химическое уравнение реакции восстановления железа из оксида железа (III) с использованием водорода. Уравнение выглядит следующим образом:

\[ Fe_2O_3 + 3H_2 \rightarrow 2Fe + 3H_2O \]

Из уравнения видно, что для полного восстановления одного молькуля железа (III) потребуется три молекулы водорода. Масса молекулы \(Fe_2O_3\) равна молекулярной массе железа (55,85 г/моль) умноженной на количество атомов железа в молекуле (2) и прибавленной масса кислорода (16 г/моль) умноженная на количество атомов кислорода (3):

\[ M_{Fe_2O_3} = (2 \times 55,85) + (3 \times 16) = 159,7 \, \text{г/моль} \]

Теперь, чтобы найти количество молекул \(Fe_2O_3\), мы делим массу гидроксида железа (III) на молекулярную массу \(Fe_2O_3\):

\[ n_{Fe_2O_3} = \frac{m_{Fe_2O_3}}{M_{Fe_2O_3}} \]

\[ n_{Fe_2O_3} = \frac{428 \, \text{г}}{159,7 \, \text{г/моль}} \approx 2,68 \, \text{моль} \]

Теперь, зная количество молекул \(Fe_2O_3\), мы можем определить, сколько молекул водорода (\(H_2\)) потребуется для полного восстановления:

\[ n_{H_2} = 3 \times n_{Fe_2O_3} \]

\[ n_{H_2} = 3 \times 2,68 \, \text{моль} = 8,04 \, \text{моль} \]

Теперь мы можем использовать уравнение состояния идеального газа для определения объема водорода (\(V_{H_2}\)) при нормальных условиях (н.у.):

\[ PV = nRT \]

где \(P\) - давление, \(V\) - объем, \(n\) - количество молекул в молях, \(R\) - универсальная газовая постоянная, \(T\) - температура.

Для нормальных условий \(P = 1 \, \text{атм}\), \(T = 273 \, \text{K}\), \(R = 0,0821 \, \text{атм} \cdot \text{л/моль} \cdot \text{K}\).

\[ V_{H_2} = \frac{n_{H_2}RT}{P} \]

\[ V_{H_2} = \frac{(8,04 \, \text{моль})(0,0821 \, \text{атм} \cdot \text{л/моль} \cdot \text{K})(273 \, \text{K})}{1 \, \text{атм}} \]

\[ V_{H_2} \approx 183,3 \, \text{л} \]

Таким образом, для полного восстановления массы 428 г гидроксида железа (III) потребуется около 183,3 л водорода при нормальных условиях. Объем водорода в 224 л (н.у.) достаточен для этой реакции.