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:  как вычислить массовую долю(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:

как вычислить массовую долю, тестовые задачи

1. Находим массу соляной кислоты и массу НС1 в ней:

как вычислить массовую долю, тестовые задачи

2. Находим количество вещества НС1 и МпО2, принявших участие в первой реакции:

как вычислить массовую долю, тестовые задачи

 

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)
как вычислить массовую долю, тестовые задачи 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:

как вычислить массовую долю, тестовые задачи

 

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
     3С1        +        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)

как вычислить массовую долю, тестовые задачи

8. Определяем массовую долю FeCl3, после растворения его в 100 г воды:

как вычислить массовую долю, тестовые задачи

Ответ:  как вычислить массовую долю(FeCl3) = 7,5%.