Для решения этой задачи сначала запишем уравнение реакции восстановления оксида железа (III):
[
\text{Fe}_2\text{O}_3 + 3\text{H}_2 \rightarrow 2\text{Fe} + 3\text{H}_2\text{O}
]
Из уравнения видно, что на 1 моль Fe₂O₃ требуется 3 моля H₂ для полного восстановления.
Теперь рассчитаем число моль Fe₂O₃ в 96 г.
Молярная масса Fe₂O₃ складывается из масс железа и кислорода:
- Молярная масса железа (Fe) = 55.85 г/моль, значит для двух атомов Fe: (2 \times 55.85 = 111.7) г/моль.
- Молярная масса кислорода (O) = 16.00 г/моль, значит для трех атомов O: (3 \times 16.00 = 48.00) г/моль.
Таким образом, молярная масса Fe₂O₃ равна:
[
111.7 + 48.00 = 159.7 \text{ г/моль}
]
Теперь найдем количество моль Fe₂O₃ в 96 г:
[
n(\text{Fe}_2\text{O}_3) = \frac{m}{M} = \frac{96 \text{ г}}{159.7 \text{ г/моль}} \approx 0.601 \text{ моль}
]
Теперь, используя соотношение из уравнения реакции, найдем количество моль H₂, необходимое для восстановления этого количества Fe₂O₃:
[
n(\text{H}_2) = 3 \times n(\text{Fe}_2\text{O}_3) = 3 \times 0.601 \text{ моль} \approx 1.803 \text{ моль}
]
Теперь переведем количество водорода в объем. При нормальных условиях (0 °C и 1 атм) 1 моль газа занимает объем 22.4 л:
[
V(\text{H}_2) = n(\text{H}_2) \times 22.4 \text{ л/моль} \approx 1.803 \text{ моль} \times 22.4 \text{ л/моль} \approx 40.4 \text{ л}
]
Таким образом, для восстановления 96 г оксида железа (III) потребуется приблизительно 40.4 литра водорода.
