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 необходимо проанализировать последовательность реакций, происходящих в системе, и выполнить необходимые расчеты.
Шаг 1: Определим начальные данные
Пусть в смеси содержатся \( x \) моль \( \text{FeS} \) и \( y \) моль \( \text{FeS}_2 \). Из условия задачи известно, что отношение числа атомов серы к числу атомов железа составляет 9:7:
\[ \text{S в FeS} = 1x \quad (в \; \text{FeS}) \] \[ \text{S в FeS}_2 = 2y \quad (в \; \text{FeS}_2) \] Общее количество атомов серы:
\[ x + 2y \]
Общее количество атомов железа:
\[ x + y \]
Согласно заданному отношению:
\[ \frac{x + 2y}{x + y} = \frac{9}{7} \]
Решая это уравнение, получаем \[ 7(x + 2y) = 9(x + y) \]:
\[ 7x + 14y = 9x + 9y \Rightarrow -2x + 5y = 0 \Rightarrow 2x = 5y \Rightarrow x = \frac{5}{2}y \]
Шаг 2: Масса образовавшегося осадка
Когда к отобранному раствору добавляют избыточный NaOH, образуются осадки \( \text{Fe(OH)}_2 \) и \( \text{Fe(OH)}_3 \):
Для \( \text{FeS} \): \[ \text{FeS} + 2 \text{H}_2\text{SO}_4 \rightarrow \text{FeSO}_4 + \text{H}_2\text{S} \uparrow \]
Для \( \text{FeS}_2 \): \[ \text{FeS}_2 + 4 \text{H}_2\text{SO}_4 \rightarrow \text{FeSO}_4 + 2 \text{H}_2\text{S} + 2 \text{S} \uparrow \]
Итого, из одной моли \( \text{FeS} \) выделяется 1 моль \( \text{H}_2\text{S} \) (газа), а из одной моли \( \text{FeS}_2 \) выделяется 2 моль \( \text{H}_2\text{S} \).
Шаг 3: Определение массы Fe(OH)2 и проработка через уравнение
Образовавшийся осадок \(\text{Fe(OH)}_2\): \[ \text{Fe(OH)}_2 \rightarrow \text{Fe}_2\text{O}_3 + \text{H}_2\text{O} \text{ (прокаливание)} \] Молярная масса \(\text{Fe(OH)}_2\): \[ \text{M(Fe(OH)}_2) = 55.85 + 2 \cdot 16 + 2 \cdot 1 = 55.85 + 32 + 2 = 89.85 \text{ г/моль} \]
Масса осадка \(\text{Fe(OH)}_2\): \[ m = 2.8 \text{ г} \]
Находя количество молей: \[ n_{\text{Fe(OH)}_2} = \frac{2.8}{89.85} \approx 0.0311 \text{ моль} \]
Поскольку каждый моль \(\text{Fe(OH)}_2\) образуется из 1 моль \(\text{Fe}\), можно найти, сколько моль газы выделилось из сорбента.
Шаг 4: Соберем все моли H2S
Общие моли \(H_2S\): \[ n_{H_2S} = n_{\text{FeS}} + 2n_{\text{FeS}_2} \]
Из предыдущих расчетов, подставив \(x = \frac{5}{2}y\): \[ \text{Общие моли} = n_{H_2S} = n_{\text{FeS}} + 2\left(\frac{(2y)}{1}\right) = n_{\text{FeS}} + 2y \Rightarrow 0.0311 + 2\frac{(2.81)}{M_{FeS}} = n_{H_2S} \]
Шаг 5: Объем выделившегося газа
При нормальных условиях: 1 моль газа занимает 22.4 л. Объем выделившегося газа: \[ V = n_{H_2S} \cdot 22.4 \text{ л} \]
Подсчитав \( n_{H_2S} \), мы сможем найти объем газа, выделившегося в результате реакции.
Некоторые факторы могут не отобразиться полностью в расчете, и их необходимо парсировать на этапе количественного анализа.
Итак, окончательное решение этого уравнения поможет найти как объем газа, так и округлить полученный результат.
