Вычисление массовой доли хлорида железа III в тестовых задачах по химии
В некоторых задачах предполагается несколько химических реакций. Причем часто приходится определять избыток и недостаток в каждом из них.
Задача 3.3.
Хлор, выделившийся в результате взаимодействия 8,7 г оксида марганца (IV) с 120 мл 30% соляной кислоты (р = = 1,16 г/мл), вступил в реакцию с железом массой 2,8 г. Образовавшуюся соль растворили в 100 г воды. Определите массовую долю соли в полученном растворе.
Дано:
масса оксида марганца (IV): m(МпО2) = 8,7 г;
объем соляной кислоты: Vр-ра(НС1) = 120 мл;
массовая доля НС1 в соляной кислоте: 
(НС1) = 30%
плотность соляной кислоты: рр-ра(НС1) = 1,16 г/мл;
масса железа: m(Fе) = 2,8 г;
масса воды: m(Н2О) = 100 г.
Найти: массовую долю соли в конечном растворе.
Решение:
В условии задачи описано несколько последовательных химических реакций.
1. Окисление хлора из НС1 оксидом марганца (IV):
МnO2 + 4НС1 = МпС12 + С12^ + 2Н2О
2. Образовавшийся в первой реакции газообразный хлор выводится из исходного раствора и направляется в другую реакционную емкость для взаимодействия с металлическим железом. При этом следует учитывать, что оно окисляется до степени окисления (+3).
ЗС12 + 2Fe = 2FeС13
Хлорид железа (III), полученный во второй реакции, растворяют в воде. В результате получается новый раствор, в котором необходимо определить массовую долю растворенной соли.
В данной задаче определение избытка-недостатка нам придется проводить дважды: для первого и для второго уравнений. Алгоритм решения можно представить следующей схемой:
1. Находим массу соляной кислоты и массу НС1 в ней:
2. Находим количество вещества НС1 и МпО2, принявших участие в первой реакции:
3. Определяем, какое вещество находится в недостатке в первой реакции.
Выберем за основу оксид марганца (IV) и определим по уравнению реакции количество НС1, которое необходимо для расходования 0,1моль MnO2.
n= 0,1 моль n = х молъ
МnО2 + 4НС1 = МnС12 + С12 + 2Н2О
n = 1 моль n = 4 моль
Составляем пропорцию:
на 0,1 моль МnО2 должно расходоваться х моль НС1 (по условию)
на 1 моль МnО2 полностью расходуется 4 моль НС1 (по уравнению)
НС1 необходимо для полного расходования всего МnО2.
| n(HCl) необходимо | n(HCl) дано по условию |
| 0,4 моль < 1,144 моль | |
НС1 находится в избытке и расходуется не весь в процессе реакции. Поэтому дальнейшие расчеты по уравнению реакции будем проводить по МnО2, так как он в недостатке и расходуется весь.
4. По количеству МnО2 рассчитываем количество вещества С12, выделившегося в 1 реакции:
n= 0,1 моль n = х молъ
МnО2 + 4НС1 = МnС12 + С12^ + 2Н2О
n = 1 моль n = 4 моль
Составляем пропорцию:
0,1 моль МnО2 дает х моль С12 (по условию)
1 моль МnО2 дает 1 моль С12 (по уравнению)
х =0,1 . 1/0,1 = 0,1 моль = n(С12)
5. По условию весь хлор, выделившийся в 1 реакции, вступил во взаимодействие с железом. Находим количество вещества железа, данное по условию:
6. Определяем, какое вещество находится в недостатке во второй реакции.
Выберем за основу хлор и определим по уравнению реакции количество Fе, которое необходимо для расходования 0,1 моль С12.
n = 0,1 моль п — х моль
3С12 + 2Fе = 2FеС13
п = 3 моль n = 2 моль
Составляем пропорцию:
на 0,1 моль С12 должно расходоваться х моль Fe (по усл.)
на 3 моль С12 полностью расходуется 2 моль Fe (по уравн.)
х = 0,1 . 0,2/ 3 = 0,667 моль Fе необходимо для полного расходования всего С12.
| n(Fe) необходимо | n(Fe) дано по условию |
| 0,667 моль > 0,05 моль | |
Железо находится в недостатке и расходуется полностью в процессе реакции. Поэтому дальнейшие расчеты по уравнению реакции будем проводить по нему.
7. По количеству вещества железа, определяем массу образовавшейся во второй реакции соли:
n = 0,05 моль m = х г
3С12 + 2Fе = 2FeС13
n = 2 моль n = 2 моль
М= 162,5 г/моль
m = 325 г
Составляем пропорцию:
0,05 моль Fе дают x г FеС13 (по условию)
2 моль Fе дают 325 г FеС13 (по уравнению)
8. Определяем массовую долю FeCl3, после растворения его в 100 г воды:
Ответ: (FeCl3) = 7,5%.
Задачи на вычисление массовой доли вещества:
1. Массовая доля фосфорной кислоты
2. Массовая доля бензойной кислоты
3. Массовая доля глюкозы
