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: V_р-ра(НС1) = 120 мл;
массовая доля НС1 в соляной кислоте: как вычислить массовую долю (НС1) = 30%
плотность соляной кислоты: р_р-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 n — 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)

как вычислить массовую долю, тестовые задачи