Чтобы решить заданную задачу, давайте выполним шаги последовательно, начиная с уравнения реакции между железом (Fe) и кислородом (O₂) для образования оксида железа(II,III) (Fe₃O₄).
Шаг 1: Записать уравнение реакции
Для сгорания железа в кислороде можно записать следующее уравнение реакции:
[ 3 \text{Fe} + \text{O}_2 \rightarrow \text{Fe}_3\text{O}_4 ]
Шаг 2: Найти молекулярную массу (молярную массу) Fe₃O₄
Для этого нужно сложить атомные массы всех атомов в формуле:
- Атомная масса железа (Fe) ≈ 55.85 г/моль
- Атомная масса кислорода (O) ≈ 16.00 г/моль
Теперь находим молярную массу Fe₃O₄:
[ \text{М(Fe₃O₄)} = 3 \times 55.85 , \text{г/моль} + 4 \times 16.00 , \text{г/моль} ]
[ \text{М(Fe₃O₄)} = 167.55 , \text{г/моль} + 64.00 , \text{г/моль} = 231.55 , \text{г/моль} ]
Шаг 3: Найти количество молей Fe₃O₄
Зная массу образовавшегося оксида (46.4 г), рассчитываем количество молей:
[ n(\text{Fe}_3\text{O}_4) = \frac{m}{M} = \frac{46.4 , \text{г}}{231.55 , \text{г/моль}} ]
[ n(\text{Fe}_3\text{O}_4) \approx 0.200 , \text{моль} ]
Шаг 4: Найти количество молей кислорода (O₂), необходимого для этой реакции
По уравнению реакции видно, что на каждые 3 моля железа требуется 1 моль кислорода (O₂), и 3 моля железа образуют 1 моль Fe₃O₄. Следовательно, на 1 моль Fe₃O₄ потребуется:
- 1 моль O₂ для 3 молей Fe.
Следовательно, количество молей кислорода, необходимое для образования 0.200 моль Fe₃O₄:
[ n(\text{O}_2) = 0.200 , \text{моль} ]
Шаг 5: Перевести количество молей кислорода в литры
Согласно законам газов, при нормальных условиях (н.у., 0°C и 1 атм), 1 моль идеального газа занимает 22.4 литра. Используем это для нахождения объема кислорода:
[ V(\text{O}_2) = n(\text{O}_2) \times 22.4 , \text{л/моль} ]
[ V(\text{O}_2) = 0.200 , \text{моль} \times 22.4 , \text{л/моль} ]
[ V(\text{O}_2) = 4.48 , \text{л} ]
Ответ
Израсходовано примерно 4.48 литров кислорода.
