Задание №34 — Типы расчётных задач
Смесь железной окалины и оксида железа(III), в которой соотношение числа атомов железа к числу атомов кислорода равно 7 : 10, растворили в 500 г концентрированной азотной кислоты, взятой в избытке. Для полного поглощения выделившегося при этом газа потребовалось 20 г 20%-ного раствора гидроксида натрия. Вычислите массовую долю соли в растворе, образовавшемся после растворения оксидов в кислоте.
В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи,
и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения искомых физических величин).
Проверка решения с помощью ИИ доступна авторизованным пользователям
Решение. Железная окалина — это Fe3O4, в ней есть железо в степени окисления +2, поэтому с концентрированной азотной кислотой она реагирует как восстановитель с выделением бурого газа NO2. Оксид железа(III) с той же кислотой газа не даёт — реакция обменная.
Уравнения реакций:
1) Fe3O4 + 10HNO3 (конц.) → 3Fe(NO3)3 + NO2↑ + 5H2O
2) Fe2O3 + 6HNO3 → 2Fe(NO3)3 + 3H2O
3) 2NO2 + 2NaOH → NaNO3 + NaNO2 + H2O
1. Соотношение оксидов. Пусть в смеси a моль Fe3O4 и b моль Fe2O3. Тогда
n(Fe) = 3a + 2b, n(O) = 4a + 3b, и по условию (3a + 2b) : (4a + 3b) = 7 : 10
10 · (3a + 2b) = 7 · (4a + 3b) → 30a + 20b = 28a + 21b → 2a = b
2. Количество оксидов — через поглощённый газ.
m(NaOH) = 20 г · 0,20 = 4 г; n(NaOH) = 4 г / 40 г/моль = 0,1 моль
По уравнению 3 оксид азота(IV) и щёлочь реагируют в отношении 1 : 1, значит
n(NO2) = 0,1 моль
Газ даёт только окалина, причём по уравнению 1 на 1 моль Fe3O4 выделяется 1 моль NO2:
a = n(Fe3O4) = 0,1 моль, b = n(Fe2O3) = 2a = 0,2 моль
m(смеси) = 0,1 моль · 232 г/моль + 0,2 моль · 160 г/моль = 23,2 г + 32 г = 55,2 г
Проверка: n(Fe) = 3 · 0,1 + 2 · 0,2 = 0,7 моль, n(O) = 4 · 0,1 + 3 · 0,2 = 1,0 моль, и 0,7 : 1,0 = 7 : 10 — соотношение из условия выполняется.
3. Соль и масса раствора. Кислота взята в избытке, поэтому оба оксида растворяются нацело, и всё железо переходит в нитрат железа(III):
n(Fe(NO3)3) = 3 · 0,1 моль + 2 · 0,2 моль = 0,7 моль
m(Fe(NO3)3) = 0,7 моль · 242 г/моль = 169,4 г
Из раствора уходит только газ NO2:
m(NO2) = 0,1 моль · 46 г/моль = 4,6 г
m(р-ра) = 500 г + 55,2 г − 4,6 г = 550,6 г
4. Массовая доля соли.
w(Fe(NO3)3) = 169,4 г / 550,6 г = 0,3077, или 30,77 %
Ответ: w(Fe(NO3)3) ≈ 30,77 %.
Источник: ФИПИ