8-13. Вычислите массу и объем (н.у.) водорода, который потребуется для восстановления 560 мг железа из железной окалины Fe3O4. Рассчитайте массу железной окалины, которая потребуется для реакции.

Запишем уравнение реакции восстановления железной окалины (Fe₃O₄) водородом:

$$Fe_3O_4 + 4H_2 \rightarrow 3Fe + 4H_2O$$

Переведем массу железа из мг в г:

$$m(Fe) = 560 \text{ мг} = 0.56 \text{ г}$$

Рассчитаем количество вещества железа:

$$n(Fe) = \frac{m(Fe)}{M(Fe)} = \frac{0.56 \text{ г}}{56 \text{ г/моль}} = 0.01 \text{ моль}$$

Из уравнения реакции видно, что 3 моль железа образуются из 1 моль железной окалины. Следовательно, количество вещества железной окалины, необходимое для получения 0.01 моль железа, составляет:

$$n(Fe_3O_4) = \frac{1}{3} n(Fe) = \frac{1}{3} \cdot 0.01 \text{ моль} = 0.00333 \text{ моль}$$

Теперь рассчитаем массу железной окалины:

$$m(Fe_3O_4) = n(Fe_3O_4) \cdot M(Fe_3O_4) = 0.00333 \text{ моль} \cdot 232 \text{ г/моль} = 0.773 \text{ г}$$

Из уравнения реакции видно, что для восстановления 1 моль Fe₃O₄ требуется 4 моль H₂. Значит, для восстановления 0.00333 моль Fe₃O₄ потребуется:

$$n(H_2) = 4 \cdot n(Fe_3O_4) = 4 \cdot 0.00333 \text{ моль} = 0.01332 \text{ моль}$$

Объем водорода при нормальных условиях (н.у.) рассчитывается следующим образом:

$$V(H_2) = n(H_2) \cdot V_m = 0.01332 \text{ моль} \cdot 22.4 \text{ л/моль} = 0.298 \text{ л} = 298 \text{ мл}$$

Ответ: Масса железной окалины, необходимой для реакции, составляет 0.773 г. Объем водорода, необходимого для восстановления, составляет 298 мл.