Для решения этой задачи нам нужно рассмотреть химическую реакцию замещения между водородом (H₂) и оксидом железа (III) (Fe₂O₃), а также использовать молекулярные массы веществ для расчета.
Шаг 1: Запишем уравнение реакции
Уравнение реакции между водородом и оксидом железа (III):
[
Fe_2O_3 + 3H_2 \rightarrow 2Fe + 3H_2O
]
Шаг 2: Определим массу оксида железа
В условии задачи дано 480 кг оксида железа (III). Переведем массу в киломоли, используя молекулярную массу оксида железа (III).
Молярная масса Fe₂O₃:
- Молярная масса железа (Fe) ≈ 55.85 г/моль
- Молярная масса кислорода (O) ≈ 16.00 г/моль
[
M_{Fe_2O_3} = 2 \times 55.85 + 3 \times 16.00 = 111.70 + 48.00 = 159.70 , \text{г/моль}
]
Шаг 3: Переводим массу в моли
Теперь переведем массу в килограммах в молекулы:
[
480 , \text{кг} = 480000 , \text{г}
]
[
n_{Fe_2O_3} = \frac{m}{M} = \frac{480000 , \text{г}}{159.70 , \text{г/моль}} \approx 3006.3 , \text{моль}
]
Шаг 4: Находим необходимое количество водорода
Согласно уравнению реакции, на 1 моль Fe₂O₃ требуется 3 моль H₂. Поэтому общее количество необходимого водорода:
[
n_{H_2} = 3 \cdot n_{Fe_2O_3} = 3 \cdot 3006.3 \approx 9018.9 , \text{моль}
]
Шаг 5: Находим объем водорода
При нормальных условиях (н.у.) 1 моль газа занимает 22.4 литра, или 0.0224 м³. Чтобы найти объем водорода, умножим количество вещества на объем, занимаемый 1 моль:
[
V_{H_2} = n_{H_2} \cdot 0.0224 , \text{м³/моль}
]
[
V_{H_2} = 9018.9 , \text{моль} \cdot 0.0224 , \text{м³/моль} \approx 201.1 , \text{м³}
]
Шаг 6: Определяем количество вещества воды
Согласно уравнению реакции, на 1 моль Fe₂O₃ образуется 3 моль воды. Таким образом, общее количество воды будет:
[
n_{H_2O} = 3 \cdot n_{Fe_2O_3} \approx 3 \cdot 3006.3 \approx 9018.9 , \text{моль}
]
Шаг 7: Подводим итоги
- Объем водорода, необходимый для реакции: ≈ 201.1 м³
- Количество вещества воды, образующегося в реакции: ≈ 9018.9 моль
Заключение
Таким образом, для реакции с 480 кг оксида железа (III) необходимо примерно 201.1 м³ водорода, а образуется около 9018.9 моль воды.
