Номер 1469, страница 228 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

1469. Какой объём (н. у.) оксида углерода(II) потребуется для полного восстановления оксида железа(III) массой 250 т?

Дано:

$m(\text{Fe}_2\text{O}_3) = 250 \text{ т}$

Перевод в систему СИ (граммы):

$m(\text{Fe}_2\text{O}_3) = 250 \cdot 1000 \cdot 1000 \text{ г} = 250 \cdot 10^6 \text{ г}$

Найти:

$V(\text{CO}) - ?$

Решение:

1. Запишем уравнение химической реакции полного восстановления оксида железа(III) оксидом углерода(II). В результате реакции образуется железо и оксид углерода(IV):

$\text{Fe}_2\text{O}_3 + 3\text{CO} \rightarrow 2\text{Fe} + 3\text{CO}_2$

2. Рассчитаем молярную массу оксида железа(III) ($\text{Fe}_2\text{O}_3$). Относительные атомные массы: $Ar(\text{Fe}) \approx 56$, $Ar(\text{O}) \approx 16$.

$M(\text{Fe}_2\text{O}_3) = 2 \cdot Ar(\text{Fe}) + 3 \cdot Ar(\text{O}) = 2 \cdot 56 + 3 \cdot 16 = 112 + 48 = 160 \text{ г/моль}$

3. Вычислим количество вещества (в молях) оксида железа(III), содержащегося в 250 тоннах:

$n(\text{Fe}_2\text{O}_3) = \frac{m(\text{Fe}_2\text{O}_3)}{M(\text{Fe}_2\text{O}_3)} = \frac{250 \cdot 10^6 \text{ г}}{160 \text{ г/моль}} = 1.5625 \cdot 10^6 \text{ моль}$

4. По уравнению реакции определим количество вещества оксида углерода(II), которое потребуется для восстановления. Согласно стехиометрическим коэффициентам в уравнении, на 1 моль $\text{Fe}_2\text{O}_3$ реагирует 3 моль $\text{CO}$.

$\frac{n(\text{Fe}_2\text{O}_3)}{1} = \frac{n(\text{CO})}{3}$

Отсюда находим количество вещества $\text{CO}$:

$n(\text{CO}) = 3 \cdot n(\text{Fe}_2\text{O}_3) = 3 \cdot 1.5625 \cdot 10^6 \text{ моль} = 4.6875 \cdot 10^6 \text{ моль}$

5. Рассчитаем объем оксида углерода(II) при нормальных условиях (н. у.). При н. у. молярный объем любого газа ($V_m$) равен 22,4 л/моль.

$V(\text{CO}) = n(\text{CO}) \cdot V_m = 4.6875 \cdot 10^6 \text{ моль} \cdot 22.4 \text{ л/моль} = 105 \cdot 10^6 \text{ л}$

6. Для удобства переведем литры в кубические метры ($1 \text{ м}^3 = 1000 \text{ л}$):

$V(\text{CO}) = \frac{105 \cdot 10^6 \text{ л}}{1000 \text{ л/м}^3} = 105 \cdot 10^3 \text{ м}^3 = 105000 \text{ м}^3$

Ответ: для полного восстановления 250 т оксида железа(III) потребуется $105000 \text{ м}^3$ (или $105 \cdot 10^6$ л) оксида углерода(II) при нормальных условиях.