Для начала, следует написать уравнение реакции замещения между оксидом железа (III) ( \text{Fe}_2\text{O}_3 ) и водородом ( \text{H}_2 ):
[
\text{Fe}_2\text{O}_3 + 3 \text{H}_2 \rightarrow 2 \text{Fe} + 3 \text{H}_2\text{O}
]
Теперь рассчитаем количество вещества оксида железа (III) ( \text{Fe}_2\text{O}_3 ). Мы знаем, что его молярная масса составляет:
- Железо (Fe) = 55.85 г/моль
- Кислород (O) = 16.00 г/моль
Сначала рассчитаем молярную массу ( \text{Fe}_2\text{O}_3 ):
[
M(\text{Fe}_2\text{O}_3) = 2 \times 55.85 + 3 \times 16.00 = 111.70 + 48.00 = 159.70 , \text{г/моль}
]
Теперь найдем количество вещества ( n ) в 480 кг ( \text{Fe}_2\text{O}_3 ):
[
480 , \text{кг} = 480000 , \text{г}
]
[
n(\text{Fe}_2\text{O}_3) = \frac{m}{M} = \frac{480000 , \text{г}}{159.70 , \text{г/моль}} \approx 3002.51 , \text{моль}
]
Согласно уравнению реакции, чтобы 1 моль ( \text{Fe}_2\text{O}_3 ) реагировал, требуется 3 моли ( \text{H}_2 ). Следовательно, для 3002.51 моль ( \text{Fe}_2\text{O}_3 ) нам потребуется:
[
n(\text{H}_2) = 3 \times n(\text{Fe}_2\text{O}_3) = 3 \times 3002.51 \approx 9007.53 , \text{моль}
]
Теперь рассчитаем объем водорода ( \text{H}_2 ) при нормальных условиях. По закону авогадро, 1 моль газа занимает 22.4 литра при нормальных условиях (н. у.). Таким образом, объём водорода составит:
[
V(\text{H}_2) = n(\text{H}_2) \times 22.4 , \text{л} = 9007.53 \times 22.4 , \text{л} \approx 201,974.25 , \text{л}
]
Переведем этот объем в кубические метры:
[
V(\text{H}_2) \approx 201.97 , \text{м}^3
]
Теперь рассчитаем количество вещества воды ( \text{H}_2\text{O} ), которое будет образовано в результате реакции. Согласно уравнению реакции, образуется 3 моль ( \text{H}_2\text{O} ) на 1 моль ( \text{Fe}_2\text{O}_3 ). Следовательно, для 3002.51 моль ( \text{Fe}_2\text{O}_3 ):
[
n(\text{H}_2\text{O}) = 3 \times n(\text{Fe}_2\text{O}_3) \approx 3 \times 3002.51 \approx 9007.53 , \text{моль}
]
Таким образом, для реакции замещения с 480 кг ( \text{Fe}_2\text{O}_3 ) потребуется приблизительно 201.97 м³ водорода, и будет образовано 9007.53 моль воды.
