Дано:
- Масса углерода (C) = 22,4 г
- Масса оксида железа(III) (Fe2O3) = 122 г
- Молярная масса углерода (C) = 12 г/моль
- Молярная масса оксида железа(III) (Fe2O3) = 160 г/моль (Fe = 56 г/моль, O = 16 г/моль * 3)
Найти:
- Массу образовавшегося железа (Fe)
- Объём выделившегося углекислого газа (CO2) при нормальных условиях (н. у.)
Решение:
1. Сначала определим количество молей реагентов.
Количество молей углерода:
Количество молей C = масса / молярная масса
Количество молей C = 22,4 г / 12 г/моль ≈ 1,87 моль
Количество молей Fe2O3:
Количество молей Fe2O3 = масса / молярная масса
Количество молей Fe2O3 = 122 г / 160 г/моль ≈ 0,76 моль
2. Запишем уравнение реакции между углеродом и оксидом железа(III):
2Fe2O3 + 3C → 4Fe + 3CO2
Из уравнения видно, что на 2 моль Fe2O3 требуется 3 моль C, а образуется 4 моль Fe и 3 моль CO2.
3. Найдем стехиометрические соотношения для реагентов:
- На 2 моль Fe2O3 требуется 3 моль C.
- Следовательно, на 0,76 моль Fe2O3 потребуется:
(3 моль C / 2 моль Fe2O3) * 0,76 моль Fe2O3 = 1,14 моль C.
Поскольку у нас есть 1,87 моль углерода, то углерода достаточно для реакции. Ограничивающим реагентом является оксид железа(III).
4. Теперь найдем массу образовавшегося железа:
Из уравнения видно, что на 2 моль Fe2O3 образуется 4 моль Fe.
Следовательно, на 0,76 моль Fe2O3 образуется:
(4 моль Fe / 2 моль Fe2O3) * 0,76 моль Fe2O3 = 1,52 моль Fe.
Теперь найдем массу железа:
Масса Fe = количество молей * молярная масса
Масса Fe = 1,52 моль * 56 г/моль = 85,12 г.
5. Теперь найдем объём образовавшегося углекислого газа (CO2):
Из уравнения видно, что на 2 моль Fe2O3 образуется 3 моль CO2.
Следовательно, на 0,76 моль Fe2O3 образуется:
(3 моль CO2 / 2 моль Fe2O3) * 0,76 моль Fe2O3 = 1,14 моль CO2.
Объём CO2 при н. у. равен:
Объём CO2 = количество молей * 22,4 л/моль
Объём CO2 = 1,14 моль * 22,4 л/моль = 25,54 л.
Ответ:
Масса образовавшегося железа составляет 85,12 г, объём выделившегося углекислого газа составляет 25,54 л.