Смесь FeS и FeS₂, нагрели с избытком концентрированной серной кислоты до полного растворения твёрдых веществ. Одну десятую часть полученного раствора отобрали для проведения…
Смесь FeS и FeS₂, нагрели с избытком концентрированной серной кислоты до полного растворения твёрдых веществ. Одну десятую часть полученного раствора отобрали для проведения анализа. К отобранной пробе добавили избыток раствора гидроксида натрия, полученный осадок промыли и прокалили. Масса образовавшего твёрдого вещества составила 2,8 г. Найдите объём газа (н. у.), выделившегося при обработке исходной смеси концентрированной серной кислотой, если известно, что отношение числа атомов серы к числу атомов желева в исходной смеси составляло 9 : 7. В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения искомых физических величин).
Для решения задачи сначала запишем уравнения реакций, происходящих в ходе обработки смеси FeS и FeS₂ с концентрированной серной кислотой.
Реакция с FeS: \[ \text{FeS} + \text{H}_2\text{SO}_4 \rightarrow \text{FeSO}_4 + \text{H}_2\text{S} \] (сульфид железа взаимодействует с серной кислотой, образуя сульфат железа и газ H₂S).
Реакция с FeS₂: \[ \text{FeS}_2 + 2\text{H}_2\text{SO}_4 \rightarrow \text{FeSO}_4 + \text{2H}_2\text{S} + \text{S} \] (дисульфид железа при взаимодействии с серной кислотой также образует сульфат железа, газ H₂S и элементарную серу).
Теперь обозначим количество атомов серы и железа в исходной смеси:
- Обозначим количество атомов железа как \(7k\).
- Тогда количество атомов серы: \(9k\).
Теперь выразим с использованием заданного отношения \(9 : 7\) общее количество железа и серы:
Для FeS:
- Обозначим количество FeS как \(x\).
- В этом случае сера будет в количестве \(x\) (из FeS).
Для FeS₂:
- Обозначим количество FeS₂ как \(y\).
- Сера будет в количестве \(2y\) (из FeS₂, так как в каждом FeS₂ две серы).
Из условий задачи имеем: \[ x + 2y = 9k \quad \text{(количество серы)} \] \[ x + y = 7k \quad \text{(количество железа)} \]
Теперь решим систему уравнений:
Из второго уравнения выразим \(x\): \[ x = 7k - y \] Подставим это в первое уравнение: \[ (7k - y) + 2y = 9k \] \[ 7k + y = 9k \] \[ y = 2k \] Теперь подставим значение \(y\) обратно во второе уравнение: \[ x + 2k = 7k \] \[ x = 5k \]
Теперь мы можем подсчитать общее количество получившихся веществ после реакции с серной кислотой.
Общее количество H₂S: \[ \text{Количество H}_2\text{S} = x + 2y = 5k + 2(2k) = 5k + 4k = 9k \]
От одной десятой отобранной части раствора образуется: \[ \frac{9k}{10} \]
Газы, образовавшиеся из этих 9k атомов серы, следовательно, будет половина, если учесть, что каждый 2 атома серы (из H₂S) образует один молекулу газа: \[ N_{H_2S} = \frac{9k}{2} \text{ (mолекул)} \]
Теперь найдём, сколько газа выделилось из одной десятой части раствора. Общее количество образовавшегося газа из H₂S будет в десять раз меньше, то есть \(4.5k\), так как на фармацевтика одного замешивания вас выйдет: \[ n = 0.5 \cdot \frac{9k}{10} = 0.45k \text{ молей} \]
Теперь найдем объем газа при нормальных условиях (н.у.): \[ V = n \cdot V_m = 0.45k \cdot 22.4 \text{ л/моль} = 10.08k \text{ л} \]
Если \(k = 1 \text{ г}\), тогда конечный объем получившегося газа составит 10.08 л. Следовательно, используем этот результат, чтобы представить:
Итого объем газа, выделившегося при обработке исходной смеси концентрированной серной кислотой: \[ V = 10.08 \text{ л} \]
В итоге, объём газа, выделившегося при реакции стал 10,08 л.
