При пропускании паров воды над раскалёнными чугунными стружками образуется железная окалина Fe3O4 и водород. Рассчитайте массу чугунных стружек, необходимых для получения водорода объёмом (н. у.) 20,0 м3, если массовая доля железа в чугуне равна 96,8 %, а практический выход водорода составляет 89,8 %.
от

1 Ответ

дано:

объем водорода (н. у.) = 20,0 м3  
массовая доля железа в чуге = 96,8 %  
практический выход водорода = 89,8 %  

найти:

массу чугунных стружек, необходимых для получения водорода.

решение:

1. Рассчитаем количество молей водорода, используя начальные условия:

При нормальных условиях 1 моль газа занимает объем 22,4 л.

Объем водорода = 20,0 м3 = 20000 л  
n(H2) = V / 22,4 л/моль  
n(H2) = 20000 л / 22,4 л/моль ≈ 892 моль

2. Теперь определим теоретическое количество водорода, учитывая практический выход:

практическое количество водорода = n(H2) / (выход / 100%)  
n(H2, теоретическое) = n(H2) / (0,898)  
n(H2, теоретическое) = 892 моль / 0,898 ≈ 992 моль

3. Определим количество молей оксида железа (Fe3O4), образующегося в результате реакции:

Реакция между железом и водой:

3 Fe + 4 H2O -> Fe3O4 + 4 H2

Согласно уравнению, на 3 моля железа образуется 4 моля водорода. Следовательно:

n(Fe) = n(H2, теоретическое) * 3 / 4  
n(Fe) = 992 моль * 3 / 4 ≈ 744 моль

4. Рассчитаем массу железа:

Молярная масса железа (Fe) = 55,85 г/моль  
m(Fe) = n(Fe) * M(Fe)  
m(Fe) = 744 моль * 55,85 г/моль ≈ 41509,2 г

5. Теперь найдем массу чугунных стружек, учитывая массовую долю железа в чуге:

масса чугуна = m(Fe) / (массовая доля Fe в чуге)  
масса чугуна = 41509,2 г / 0,968 ≈ 42877,6 г

ответ:

Масса чугунных стружек, необходимых для получения водорода, составляет примерно 42877,6 г.
от