3. Какой объём водорода (н. у.) потребуется для реакции замещения с 480 кг оксида железа(III) Fe2O3? Какое количество вещества воды образуется при этом? Учтите, что в условии масса вещества дана в килограммах, следовательно, расчёт количества вещества ведите в киломолях, а объём рассчитывайте в кубических метрах.

Решение:

Для решения задачи составим уравнение реакции замещения:

\( \text{Fe}_2\text{O}_3 + 3\text{H}_2 \rightarrow 2\text{Fe} + 3\text{H}_2\text{O} \)

1. Найдём молярную массу оксида железа(III) \( \text{Fe}_2\text{O}_3 \):

\( M(\text{Fe}_2\text{O}_3) = 2 \cdot M(\text{Fe}) + 3 \cdot M(\text{O}) = 2 \cdot 56 + 3 \cdot 16 = 112 + 48 = 160 \) г/моль.

По условию дана масса \( m(\text{Fe}_2\text{O}_3) = 480 \) кг = 480 000 г.

1. Найдём количество вещества оксида железа(III) \( \text{Fe}_2\text{O}_3 \):

\( \nu(\text{Fe}_2\text{O}_3) = \frac{m(\text{Fe}_2\text{O}_3)}{M(\text{Fe}_2\text{O}_3)} = \frac{480000 \text{ г}}{160 \text{ г/моль}} = 3000 \) моль.

По условию, расчёт количества вещества следует вести в киломолях. Поэтому:

\( \nu(\text{Fe}_2\text{O}_3) = 3 \) кмоль.

1. Найдём объём водорода \( \text{H}_2 \), необходимый для реакции:

Из уравнения реакции видно, что на 1 моль \( \text{Fe}_2\text{O}_3 \) требуется 3 моль \( \text{H}_2 \). Следовательно, на 3 кмоль \( \text{Fe}_2\text{O}_3 \) потребуется:

\( \nu(\text{H}_2) = 3 \cdot \nu(\text{Fe}_2\text{O}_3) = 3 \cdot 3 \text{ кмоль} = 9 \) кмоль.

Объём водорода (при нормальных условиях, н.у.) рассчитывается по формуле:

\( V = \nu \cdot V_m \), где \( V_m \) — молярный объём газов при н.у., равный 22,4 л/моль или 0,0224 м³/кмоль.

\( V(\text{H}_2) = 9 \text{ кмоль} \cdot 0,0224 \text{ м}^3/\text{кмоль} = 0,2016 \) м³.

1. Найдём количество вещества воды \( \text{H}_2\text{O} \), образующейся при этом:

Из уравнения реакции видно, что из 1 моль \( \text{Fe}_2\text{O}_3 \) образуется 3 моль \( \text{H}_2\text{O} \). Следовательно, из 3 кмоль \( \text{Fe}_2\text{O}_3 \) образуется:

\( \nu(\text{H}_2\text{O}) = 3 \cdot \nu(\text{Fe}_2\text{O}_3) = 3 \cdot 3 \text{ кмоль} = 9 \) кмоль.

Ответ: для реакции потребуется 0,2016 м³ водорода. При этом образуется 9 кмоль воды.