дано:
- Объём хлора (V_Cl2) = 2,24 дм3 = 2,24 * 10^-3 м3
- Масса соляной кислоты (m_HCl) = 100 г = 0,1 кг
- Массовая доля хлороводорода (ω_HCl) = 14,6 % = 0,146
найти:
- Массовую долю железа в исходной смеси
решение:
1. Рассчитаем количество вещества хлора, которое прореагировало:
V_Cl2 = n_Cl2 * Vm
где Vm = 22,4 л/моль (объём одного моля газа при н.у.)
n_Cl2 = V_Cl2 / Vm = 2,24 дм3 / 22,4 дм3/моль = 0,1 моль
2. По уравнению реакции между железом и хлором:
2Fe + 3Cl2 → 2FeCl3
Из уравнения видно, что 2 моль Fe реагируют с 3 молями Cl2.
Количество вещества железа (n_Fe), которое прореагировало:
n_Fe = (2/3) * n_Cl2 = (2/3) * 0,1 моль = 0,0667 моль
3. Рассчитаем массу железа:
M_Fe = 55,85 г/моль
m_Fe = n_Fe * M_Fe = 0,0667 моль * 55,85 г/моль = 3,72 г
4. Теперь рассчитаем, сколько HCl содержится в 100 г раствора:
m_HCl = m_раствора * ω_HCl = 0,1 кг * 0,146 = 0,0146 кг = 14,6 г
5. По уравнению реакции между HCl и оксидом железа(III):
Fe2O3 + 6HCl → 2FeCl3 + 3H2O
Отсюда видно, что 1 моль Fe2O3 реагирует с 6 молями HCl.
Найдем количество вещества HCl:
n_HCl = m_HCl / M_HCl
Где M_HCl = 36,46 г/моль
n_HCl = 14,6 г / 36,46 г/моль = 0,400 моль
6. Определим количество вещества оксида железа(III) (n_Fe2O3):
n_Fe2O3 = n_HCl / 6 = 0,400 моль / 6 = 0,0667 моль
7. Рассчитаем массу оксида железа(III):
M_Fe2O3 = 159,69 г/моль
m_Fe2O3 = n_Fe2O3 * M_Fe2O3 = 0,0667 моль * 159,69 г/моль = 10,67 г
8. Общая масса исходной смеси:
m_смеси = m_Fe + m_Fe2O3 = 3,72 г + 10,67 г = 14,39 г
9. Теперь находим массовую долю железа в исходной смеси:
ω_Fe = m_Fe / m_смеси * 100% = 3,72 г / 14,39 г * 100% ≈ 25,8 %
ответ:
Массовая доля железа в исходной смеси составляет примерно 25,8 %.