ГДЗ 9. Смесь оксидов Fe2O_3 и FeO массой 8 г полностью прореагировала с раствором серной кислоты массой 56 г с массов...

9. Смесь оксидов $\mathrm{Fe_2O_3}$ и $\mathrm{FeO}$ массой $8\text{ г}$ полностью прореагировала с раствором серной кислоты массой $56\text{ г}$ с массовой долей кислоты, равной $21\,\%$. Массовая доля (%) оксида железа(III) в смеси оксидов составляет: а) $23$; б) $32$; в) $18$; г) $14$.

Решение:

1. Найдём массу и количество вещества серной кислоты $\mathrm{H_2SO_4}$:

   $$ m(\mathrm{H_2SO_4}) = m_{\text{р-ра}} \cdot w = 56\text{ г} \cdot 0{,}21 = 11{,}76\text{ г} $$

   Молярная масса серной кислоты: $M(\mathrm{H_2SO_4}) = 2 \cdot 1 + 32 + 4 \cdot 16 = 98\text{ г/моль}$.

   $$ n(\mathrm{H_2SO_4}) = \frac{m}{M} = \frac{11{,}76\text{ г}}{98\text{ г/моль}} = 0{,}12\text{ моль} $$

2. Уравнения реакций оксидов с серной кислотой:

   $$ \mathrm{Fe_2O_3 + 3H_2SO_4 \rightarrow Fe_2(SO_4)_3 + 3H_2O} \quad (1) $$
   $$ \mathrm{FeO + H_2SO_4 \rightarrow FeSO_4 + H_2O} \quad (2) $$

3. Пусть количество вещества $\mathrm{Fe_2O_3}$ равно $x\text{ моль}$, а $\mathrm{FeO}$ — $y\text{ моль}$.
   Молярные массы:

   $$ M(\mathrm{Fe_2O_3}) = 2 \cdot 56 + 3 \cdot 16 = 160\text{ г/моль} $$
   $$ M(\mathrm{FeO}) = 56 + 16 = 72\text{ г/моль} $$

Составим систему уравнений:

• По общей массе смеси:
  $$ 160x + 72y = 8 $$
• По количеству серной кислоты:
  $$ 3x + y = 0{,}12 \implies y = 0{,}12 - 3x $$

4. Подставим выражение для $y$ в первое уравнение:

   $$ 160x + 72(0{,}12 - 3x) = 8 $$
   $$ 160x + 8{,}64 - 216x = 8 $$
   $$ -56x = 8 - 8{,}64 $$
   $$ -56x = -0{,}64 $$
   $$ x = \frac{0{,}64}{56} = \frac{8}{700} = \frac{2}{175} \approx 0{,}01143\text{ моль} $$

5. Найдём массу $\mathrm{Fe_2O_3}$ и его массовую долю в смеси:

   $$ m(\mathrm{Fe_2O_3}) = x \cdot M(\mathrm{Fe_2O_3}) = \frac{2}{175} \cdot 160 = \frac{320}{175} \approx 1{,}8286\text{ г} $$
   $$ w(\mathrm{Fe_2O_3}) = \frac{m(\mathrm{Fe_2O_3})}{m_{\text{смеси}}} \cdot 100\% = \frac{1{,}8286\text{ г}}{8\text{ г}} \cdot 100\% \approx 22{,}86\% \approx 23\% $$

Ответ: а) 23

10. Осуществите цепочку превращений:

Решение:

Оксид железа(II) не растворяется в воде и не образует гидроксид напрямую, поэтому первую стадию проводят через растворение оксида в бескислородной кислоте (например, соляной) с последующим осаждением щёлочью:

1. Превращение $\mathrm{FeO \rightarrow Fe(OH)_2}$:

   $$ \mathrm{FeO + 2HCl \rightarrow FeCl_2 + H_2O} $$
   $$ \mathrm{FeCl_2 + 2KOH \rightarrow Fe(OH)_2\downarrow + 2KCl} $$

   (допускается суммарная схема в две стадии)

2. Превращение $\mathrm{Fe(OH)_2 \rightarrow Fe(NO_3)_2}$:
   Взаимодействие гидроксида железа(II) с разбавленной азотной кислотой при охлаждении или со стехиометрическим количеством (в мягких условиях):

   $$ \mathrm{Fe(OH)_2 + 2HNO_3 \rightarrow Fe(NO_3)_2 + 2H_2O} $$

3. Превращение $\mathrm{Fe(NO_3)_2 \rightarrow KNO_3}$:
   Взаимодействие раствора нитрата железа(II) с гидроксидом калия с выпадением осадка:

   $$ \mathrm{Fe(NO_3)_2 + 2KOH \rightarrow Fe(OH)_2\downarrow + 2KNO_3} $$

4. Превращение $\mathrm{KNO_3 \rightarrow K_2SO_4}$:
   Действие концентрированной серной кислоты на твёрдый нитрат калия при нагревании (вытеснение летучей азотной кислоты):

   $$ \mathrm{2KNO_3(тв.) + H_2SO_4(конц.) \xrightarrow{t} K_2SO_4 + 2HNO_3\uparrow} $$