Дано: m(Fe2O3)=480 кг
Найти: V(H2)-?, n(H2O)-?
Решение
1 способ
1. Количество вещества оксида железа (III) массой 480 кг рассчитываем по формуле: n=m/M, где M ― молярная масса.
Mr(Fe2O3)=2•Ar(Fe)+3•Ar(O)=2•56+3•16=160, поэтому M(Fe2O3)=160 кг/кмоль
n(Fe2O3)=m(Fe2O3)/M(Fe2O3)=480 кг : 160 кг/кмоль = 3 кмоль
2. Составим химическое уравнение:
Fe2O3 + 3H2 = 2Fe + 3H2O
По уравнению реакции n(Fe2O3):n(H2)=1:3, то есть с 1 кмоль оксида железа (III) взаимодействует 3 кмоль водорода, следовательно, количество вещества водорода в 3 раза больше количества вещества оксида железа (III), поэтому
n(Н2)=3•n(Fe2O3)=3•3 кмоль=9 кмоль
3. Объём водорода количеством вещества 9 кмоль рассчитываем по формуле: V=n•VM, где VM ― молярный объём.
V(Н2)=n(Н2)•VM=9 кмоль • 22,4 м3/кмоль=201,6 м3
4. По уравнению реакции n(Fe2O3):n(H2О)=1:3, то есть с 1 кмоль оксида железа (III) образуется 3 кмоль воды, следовательно количество вещества воды в 3 раза больше, чем количества вещества оксида железа (III), поэтому
n(Н2О)=3•n(Fe2O3)=3•3 кмоль=9 кмоль
2 способ
Составим химическое уравнение:
480 кг х м3 у кмоль
Fe2O3 + 3H2 = 2Fe + 3H2O
160 кг 67,2 м3 3 кмоль
Над формулами соединений Fe2O3, H2 и H2O записываем приведенную в условии задачи массу оксида (480 кг), неизвестный объем водорода и неизвестное количество воды (х м3 и у кмоль соответственно), а под формулами соединений ― массу и объем соответствующего количества вещества согласно коэффициентам в химическом уравнении. При н.у. 1 кмоль газа занимает объем 22,4 м3, а 3 моль ― в 3 раза больший объем, то есть 67,2 м3.
Mr(Fe2O3)=2•Ar(Fe)+3•Ar(O)=2•56+3•16=160, поэтому M(Fe2O3)=160 кг/кмоль. Масса 1 кмоль=160 кг
х=V(H2)=480 кг • 67,2 м3 : 160 кг=201,6 м3
у=n(H2О)= 480 кг • 3 кмоль : 160 кг=9 кмоль
Ответ: V(H2)=201,6 м3, n(Н2О)=9 кмоль