Сначала определим, какую реакцию мы рассматриваем. Реакция водорода с оксидом железа (III) выглядит следующим образом:
\[ 3H_2 + Fe_2O_3 \rightarrow 3H_2O + 2Fe \]
Здесь видно, что 3 молекулы водорода реагируют с 1 молекулой оксида железа (III) для получения 3 молекул воды и 2 атомов железа.
- Найдем количество вещества оксида железа (III):
Молярная масса \(Fe_2O_3\):
- \(Fe\) имеет атомную массу примерно 55.85 г/моль.
- \(O\) имеет атомную массу примерно 16 г/моль.
Таким образом,
\[ M(Fe_2O_3) = 2 \times 55.85 + 3 \times 16 = 159.7 \, \text{г/моль} \]
Теперь переведем массу оксида железа из килограммов в граммы:
\[ 480 \, \text{кг} = 480000 \, \text{г} \]
Теперь найдем количество вещества \(n\) оксида железа (III):
\[ n(Fe_2O_3) = \frac{m}{M} = \frac{480000 \, \text{г}}{159.7 \, \text{г/моль}} \approx 3000 \, \text{моль} \]
- Теперь найдем необходимое количество водорода:
Согласно уравнению реакции, 1 моль \(Fe_2O_3\) реагирует с 3 молями \(H_2\), поэтому:
\[ n(H_2) = 3 \times n(Fe_2O_3) = 3 \times 3000 \, \text{моль} = 9000 \, \text{моль} \]
- Теперь найдем объем водорода:
При стандартных условиях (0 °C, 1 атм) 1 моль газа занимает объем 22.4 литра. Переведем это в кубические метры:
\[ 22.4 \, \text{л} = 0.0224 \, \text{м}^3 \]
Таким образом, объем водорода:
\[ V(H_2) = n(H_2) \times 0.0224 \, \text{м}^3/\text{моль} = 9000 \times 0.0224 \approx 201.6 \, \text{м}^3 \]
- Теперь найдем количество вещества воды, образующееся в процессе:
Согласно уравнению реакции, 1 моль \(Fe_2O_3\) дает 3 моль \(H_2O\):
\[ n(H_2O) = 3 \times n(Fe_2O_3) = 3 \times 3000 \, \text{моль} = 9000 \, \text{моль} \]
Таким образом, подведем итог:
- Объем водорода, который используется, составляет приблизительно 201.6 м³.
- Количество вещества воды, которое образуется, составляет 9000 моль.
