Смесь FeS и FeS₂ нагрели с избытком концентрированной серной кислоты до полного растворения твёрдых веществ. Одну десятую часть полученного раствора отобрали для проведения анализа. К отобранной пробе добавили избыток раствора гидроксида натрия, полученный осадок промыли и прокалили. Масса образовавшегося твёрдого вещества составила 2,8 г. Найдите объём газа (н. у.), выделившегося при обработке исходной смеси концентрированной серной кислотой, если известно, что отношение числа атомов серы к числу атомов железа в исходной смеси составляло 9 : 7.
В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения искомых физических величин).
1) 2FeS + 10H2SO4 = Fe2(SO4)3 + 9SO2 + 10H2O
2) 2FeS2 + 14H2SO4 = Fe2(SO4)3 + 15SO2 + 14H2O
3) Fe2(SO4)3 + 6NaOH = 2Fe(OH)3 + 3Na2SO4
4) 2Fe(OH)3 = Fe2O3 + 3H2O
Уравнения реакций составлены верно и соответствуют условию.
Определение состава исходной смеси:
n(Fe2O3) = m(Fe2O3) / M(Fe2O3) = 2,8 / 160 = 0,0175 моль
n(Fe2(SO4)3 в пробе) = n(Fe2O3) = 0,0175 моль
Поскольку для анализа отобрали одну десятую часть полученного раствора, можно считать, что исходный раствор до отбора пробы содержал 10 таких частей
n(Fe2(SO4)3 в пробе) / 1 = n(Fe2(SO4)3 всего) / 10
n(Fe2(SO4)3 всего) = n(Fe2(SO4)3 в пробе) · 10 / 1 = 0,0175 · 10 = 0,175 моль
n(Fe2(SO4)3, реакция 1) = n(FeS) / 2 · 1
n(Fe2(SO4)3, реакция 2) = n(FeS2) / 2 · 1
n(Fe2(SO4)3 всего) = n(Fe2(SO4)3, реакция 1) + n(Fe2(SO4)3, реакция 2) = n(FeS) / 2 + n(FeS2) / 2 = 0,175 моль [1]
n(S из FeS) = n(FeS)
n(S из FeS2) = 2 · n(FeS2)
n(S в исходной смеси) = n(S из FeS) + n(S из FeS2) = n(FeS) + 2 · n(FeS2)
n(Fe из FeS) = n(FeS)
n(Fe из FeS2) = n(FeS2)
n(Fe в исходной смеси) = n(Fe из FeS) + n(Fe из FeS2) = n(FeS) + n(FeS2)
По условию n(S) : n(Fe) = 9 : 7
(n(FeS) + 2 · n(FeS2)) / (n(FeS) + n(FeS2)) = 9 / 7 [2]
Пусть n(FeS) = x моль, n(FeS2) = y моль, тогда:
x / 2 + y / 2 = 0,175 [1]
(x + 2y) / (x + y) = 9 / 7 [2]
x = 0,25
y = 0,1
n(FeS) = 0,25 моль
n(FeS2) = 0,1 моль
Нахождение объёма SO2:
n(SO2, реакция 1) = n(FeS) / 2 · 9 = 0,25 / 2 · 9 = 1,125 моль
n(SO2, реакция 2) = n(FeS2) / 2 · 15 = 0,1 / 2 · 15 = 0,75 моль
n(SO2) = n(SO2, реакция 1) + n(SO2, реакция 2) = 1,125 + 0,75 = 1,875 моль
V(SO2) = n(SO2) · Vm = 1,875 · 22,4 = 42 л
Ход решения изложен логично и последовательно.
Верно произведены вычисления.
Ответ: V(SO2) = 42 л
Получен правильный ответ.