Question

Un amestec de oxizi de fier 3 și oxizi de fier 2 cu masa de 23,2 g a fost redus cu hidrogen și s-a obținut 7,2 g de H2O. Calculează volumul de hidrogen necesar reducerii amestecului de oxizi la temperatura de 27ºC și presiunea de 740 mm/Hg. Determină partea de masă amestecului inițial.​
Ofer 100 de puncte.

Answer 1

Răspuns:

Din enunt, deducem:

• oxizii de Fe din amestecul de oxizi sunt:

pentru Fe valenta III, avem Fe³⁺₂O⁻²₃, oxid feric

pentru Fe valenta II, avem Fe²⁺O²⁻, oxid feros

• masa oxizilor este:

x= masa de Fe₂O₃, g

y= masa de FeO, g

Si:

x+y=23,2 g amestec de oxizi

• reactiile chimice dintre oxizii de Fe și H₂ sunt:

r1   Fe₂O₃ + 3H₂ = 3H₂O + 2Fe

r2   FeO + H₂ = H₂O + Fe

• masa totala de apa este suma dintre masa de apa din cele doua reactii:

a+b=7,2 g H₂O

a= masa de H₂O din r1

b=masa de H₂O din r2

Avem:

A H = 1 g/mol, A O=16 g/mol, A Fe= 55,85 g/mol (rotunjit 56)

M H₂O = 2.AH + AO=2.1+16=18g/mol

M Fe₂O₃=2A Fe + 3. A O= 2.56+3.16=160 g/mol

M FeO =A Fe + A O = 56+16=72 g/mol

Calcule

• Calculam prima data masa oxizilor de Fe(III) si Fe(II) cu sistemul de ecuatii:

x+y=23,2  (amestec oxizi)

a+b=7,2 ( total apa),unde vom exprima pe a si b, in functie de x , y

***

x,g Fe₂O₃................a , g H₂O

      Fe₂O₃ + 3H₂→  3H₂O  + 2 Fe

M: 160g/mol...........3.18g/mol

a, g, H₂O = 3.18.x/160=0,3375.x

....................................................................

y, g FeO...............b, g, H₂O

      FeO + H₂   →  H₂O     + Fe

M: 72g/mol.............18g/mol

b, g, H₂O = y.18/72=0,25 y

Rezulta sistemul in x,y:

x+y=23,2 / . -0,25

0,3375x+0,25y=7,2

⇒-0,25x-0,25y= -5,8

    0,3375x-0,25 y = 7,2

0,0875 x = 1,4

x=16 g Fe₂O₃

y, g FeO=23,2 g amestec de oxizi-16 g Fe₂O₃= 7,2 g

R: 16 g Fe₂O₃, 7,2 g FeO

• calculam stoechiometric volumul de H₂,necesar reducerii oxizilor. Acest volum se calculeaza stoechiometric pentru conditii normale de temperatura si presiune, cu ajutorul volumului molar (22,4 L/mol gaz, c.n.)

V total H₂= V1 H₂/ reactia 1 + V2 H₂/ reactia 2

Deci, din reactia 1 obtinem V1 H₂:

160 g/mol Fe₂O₃............consumă 3 .22,4 L/mol H₂  ( 3 moli)

16 g Fe₂O₃......................consuma V1, L, H₂

V1=6,72 L

Deci, din reactia 2 obtinem V2:

72 g/mol FeO..............consuma 22,4 L/mol H₂ (1 mol)

7,2g FeO........................consuma V2 L, H₂

V2=2,24 L

Rezulta Vt:

Vtotal H₂=6,72+2,24= 8,96 L, c.n.

• calculăm volumul de H₂, la 27 grade C si presiunea de 740 mm Hg, cu relatia matematica pentru gazele ideale:

p.V= n .R.T

unde:

p=presiunea (atm); 740mmHg . 1 atm/760mm Hg=0,97 atm

V = volumul (L) =?

n = numar de moli de H₂= 8,96 L /22,4 L/mol=0,4 moli

R=constanta universala a gazelor=0,082L.atm/mol .grad K

T=temperatura in grade K=t grade C + 273 K = 27+273=300K

Rezulta:

0,97 atm . V = 0,4 moli . 0,082 (L.atm/ mol.K ).300=9,84

V, L = 10,14 L

R: aprox 10,14 L H₂

• calculam partile de masa de oxizi de Fe din 23,2 g amestec oxizi

% Fe₂O₃= 16 g.100 %/ 23,2 g =68,97%

% FeO = 100%-68,97% = 31,03 %

R: 68,97 % Fe₂O₃, 31,03% FeO

Verificati, calculele! Sper, sa va ajute!

O varianta este sa calculati numaru de moli de H2, in loc de volumul de H2 masurat in conditii normale, asa cum am facut!

Explicație: