Question

Какую массу углерода и какой объем воздуха (н.у.) нужно взять для получения оксида углерода (II), с помощью которго можно восстановить 65 г железа из его оксида (II), если известно, что практический выход продуктов в каждой реакции составляет 75%?

Answer 1

2C + O2 --> 2CO            CO + FeO --> Fe + CO2     65---75%                     
                                                              65g              x-----100%   x= 86.67g
                                        y   ----------     86.67g
                                       28-----------     56              y=43.33g (CO)
2C + O2 --> 2CO
z        w             43.33g
12*2   22.4        2*28                      z=   18.57g (C)          w=17.332 liter O2

17.332 liter O2 -----21%
q----------------------100%          q=82.533 liter воздух

Answer 2

Чтобы решить эту задачу, сначала определим необходимые расчеты. Уравнение реакции, в которой оксид углерода (II) восстанавливает оксид железа (II), выглядит так:

\[FeO + CO → Fe + CO_2\]

Молярная масса \(FeO = 71.85 \, \text{г/моль}\) Молярная масса \(Fe = 55.85 \, \text{г/моль}\) Молярная масса \(CO = 28.01 \, \text{г/моль}\)

1. Найдем количество вещества железа, которое нужно получить из 65 г \(FeO\): \[n_{FeO} = \frac{m}{M} = \frac{65 \, \text{г}}{71.85 \, \text{г/моль}} ≈ 0.904 \, \text{моль}\]

2. Исходя из уравнения реакции, видно, что соотношение между \(FeO\) и \(CO\) равно 1:1. Таким образом, количество молей \(CO\) также будет 0.904 моль.

3. Найдем количество молей \(CO_2\), которое будет образовано, используя уравнение реакции: \[CO + \frac{1}{2}O_2 → CO_2\] Так как соотношение между \(CO\) и \(CO_2\) также 1:1, количество молей \(CO_2\) будет таким же, как у \(CO\) – 0.904 моль.

4. Теперь найдем массу \(CO\) и объем \(O_2\), необходимые для образования 0.904 моль \(CO_2\).

Для \(CO_2\): \[m_{CO_2} = n \times M = 0.904 \, \text{моль} \times 44.01 \, \text{г/моль} ≈ 39.73 \, \text{г}\]

Таким образом, масса углерода, необходимая для образования 65 г \(Fe\) при 75% выходе, составит:

\[m_{углерода} = \frac{m_{CO_2}}{0.75} ≈ \frac{39.73 \, \text{г}}{0.75} ≈ 53.00 \, \text{г}\]

Для объема \(O_2\) при нормальных условиях можно воспользоваться законом Лавуазье, согласно которому объемы газов, участвующих в химической реакции, соотносятся как простые числа:

\[CO + \frac{1}{2}O_2 → CO_2\]

Таким образом, для образования 0.904 моль \(CO_2\), потребуется такое же количество молей \(O_2\), что и молей \(CO\), то есть 0.904 моль \(O_2\).

Объем \(O_2\) можно найти, используя уравнение состояния и идеальный газовый закон:

\[V = \frac{nRT}{P}\]

При нормальных условиях (\(T = 273 \, \text{K}\), \(P = 1 \, \text{атм}\)):

\[V = \frac{0.904 \, \text{моль} \times 0.0821 \, \text{л·атм/(моль·K)} \times 273 \, \text{K}}{1 \, \text{атм}} ≈ 21.16 \, \text{л}\]

Итак, для получения оксида углерода (II), достаточного для восстановления 65 г железа при 75% выходе, понадобится примерно 53 г углерода и объем воздуха при нормальных условиях около 21.16 л.