4. Решите задачи: 1) вычислите массу хлорида железа (III), образующегося при взаимодействии 10 г железа с 40 г хлора; 2) вычислите массу сульфата магния, образующегося при взаимодействии 12 г магния с раствором, содержащим 30 г серной кислоты; 3) вычислите массу угарного газа, необходимого для полного восстановления железа из 200 кг руды (оксид железа (III)), содержащей 15% примесей.

Решение задач:

1) Вычисление массы хлорида железа (III)

Пошаговое решение:

1. Записываем уравнение реакции:

   2Fe + 3Cl₂ → 2FeCl₃

2. Вычисляем количество вещества железа:

   M(Fe) = 56 г/моль

   n(Fe) = m(Fe) / M(Fe) = 10 г / 56 г/моль ≈ 0.179 моль

3. Вычисляем количество вещества хлора:

   M(Cl₂) = 71 г/моль

   n(Cl₂) = m(Cl₂) / M(Cl₂) = 40 г / 71 г/моль ≈ 0.563 моль

4. Определяем, какое вещество в избытке:

   По уравнению реакции, 2 моль Fe реагируют с 3 моль Cl₂. Составляем соотношение:

   n(Fe) / 2 = 0.179 / 2 ≈ 0.0895

   n(Cl₂) / 3 = 0.563 / 3 ≈ 0.188

   Так как n(Cl₂) / 3 > n(Fe) / 2, железо находится в недостатке, а хлор в избытке. Расчеты ведем по железу.

5. Вычисляем количество вещества хлорида железа (III):

   По уравнению реакции, из 2 моль Fe образуется 2 моль FeCl₃. Значит, n(FeCl₃) = n(Fe) ≈ 0.179 моль

6. Вычисляем массу хлорида железа (III):

   M(FeCl₃) = 56 + 3 * 35.5 = 162.5 г/моль

   m(FeCl₃) = n(FeCl₃) * M(FeCl₃) = 0.179 моль * 162.5 г/моль ≈ 29.08 г

Ответ: Масса хлорида железа (III) составляет примерно 29.08 г.

2) Вычисление массы сульфата магния

Пошаговое решение:

1. Записываем уравнение реакции:

   Mg + H₂SO₄ → MgSO₄ + H₂

2. Вычисляем количество вещества магния:

   M(Mg) = 24 г/моль

   n(Mg) = m(Mg) / M(Mg) = 12 г / 24 г/моль = 0.5 моль

3. Вычисляем количество вещества серной кислоты:

   M(H₂SO₄) = 98 г/моль

   n(H₂SO₄) = m(H₂SO₄) / M(H₂SO₄) = 30 г / 98 г/моль ≈ 0.306 моль

4. Определяем, какое вещество в избытке:

   По уравнению реакции, 1 моль Mg реагирует с 1 моль H₂SO₄. Составляем соотношение:

   n(Mg) = 0.5 моль

   n(H₂SO₄) = 0.306 моль

   Так как n(Mg) > n(H₂SO₄), серная кислота находится в недостатке, а магний в избытке. Расчеты ведем по серной кислоте.

5. Вычисляем количество вещества сульфата магния:

   По уравнению реакции, из 1 моль H₂SO₄ образуется 1 моль MgSO₄. Значит, n(MgSO₄) = n(H₂SO₄) ≈ 0.306 моль

6. Вычисляем массу сульфата магния:

   M(MgSO₄) = 24 + 32 + 4 * 16 = 120 г/моль

   m(MgSO₄) = n(MgSO₄) * M(MgSO₄) = 0.306 моль * 120 г/моль ≈ 36.72 г

Ответ: Масса сульфата магния составляет примерно 36.72 г.

3) Вычисление массы угарного газа

Пошаговое решение:

1. Вычисляем массу примесей в руде:

   m(примесей) = 200 кг * 0.15 = 30 кг

2. Вычисляем массу чистого оксида железа (III):

   m(Fe₂O₃) = 200 кг - 30 кг = 170 кг = 170000 г

3. Записываем уравнение реакции:

   Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂

4. Вычисляем количество вещества оксида железа (III):

   M(Fe₂O₃) = 2 * 56 + 3 * 16 = 160 г/моль

   n(Fe₂O₃) = m(Fe₂O₃) / M(Fe₂O₃) = 170000 г / 160 г/моль = 1062.5 моль

5. Вычисляем количество вещества угарного газа:

   По уравнению реакции, 1 моль Fe₂O₃ реагирует с 3 моль CO. Значит, n(CO) = 3 * n(Fe₂O₃) = 3 * 1062.5 моль = 3187.5 моль

6. Вычисляем массу угарного газа:

   M(CO) = 12 + 16 = 28 г/моль

   m(CO) = n(CO) * M(CO) = 3187.5 моль * 28 г/моль = 89250 г = 89.25 кг

Ответ: Масса угарного газа составляет примерно 89.25 кг.