При восстановлении железа углеродом из 16 г оксида железа (III) выделилось 3 л оксида углерода (IV) (н. у.). Какова объемная доля (в %) выхода оксида углерода (IV) от теоретически возможного?

Решение:

1. Расчет теоретического выхода оксида углерода (IV):
   1. Запишем уравнение реакции (восстановление оксида железа (III) углеродом):
   • Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂↑
   2. Найдем молярную массу оксида железа (III) (Fe₂O₃):
   • M(Fe₂O₃) = 2 ⋅ M(Fe) + 3 ⋅ M(O) = 2 ⋅ 56 г/моль + 3 ⋅ 16 г/моль = 112 + 48 = 200 г/моль
   3. Рассчитаем количество вещества оксида железа (III):
   • n(Fe₂O₃) = m(Fe₂O₃) / M(Fe₂O₃) = 16 г / 200 г/моль = 0,08 моль
   4. По уравнению реакции, из 1 моль Fe₂O₃ получается 3 моль CO₂. Следовательно, теоретически возможное количество вещества оксида углерода (IV) равно:
   • n_теор(CO₂) = 3 ⋅ n(Fe₂O₃) = 3 ⋅ 0,08 моль = 0,24 моль
   5. При нормальных условиях (н. у.) молярный объем идеального газа составляет 22,4 л/моль. Рассчитаем теоретический объем оксида углерода (IV):
   • V_теор(CO₂) = n_теор(CO₂) ⋅ V_m = 0,24 моль ⋅ 22,4 л/моль = 5,376 л
2. Расчет объемной доли выхода оксида углерода (IV):
   1. Объемная доля выхода (η) рассчитывается по формуле:
   • η = (V_практ / V_теор) ⋅ 100%
   2. Подставим известные значения:
   • η = (3 л / 5,376 л) ⋅ 100% ≈ 55,8%

Ответ: 55,8%