Банк заданий
Химия
Задание 21512

Задание №21512 ЕГЭ по Химии

Тема : Неорганическая задача

Раздел: Задачи

34 линия

Не выполнено

Смесь оксида железа(III) и железной окалины полностью растворили в 100 г 36,5%-го раствора соляной кислоты. Известно, что суммарный заряд катионов Fe³⁺ в полученном растворе в шесть раз больше суммарного заряда катионов Fe²⁺. Через полученный раствор пропускали аммиак до насыщения. При этом было затрачено 60,838 л аммиака. Определите состав исходной смеси, если известно, что растворимость аммиака в условиях эксперимента равна 672 л на 1 л воды.

1. Запишем реакции растворения твердой смеси в растворе соляной кислоты:
[1] Fe₃O₄ + 8HCl → 2FeCl₃ + FeCl₂ + 4H₂O
[2] Fe₂O₃ + 6HCl → 2FeCl₃ + 3H₂O

2. Найдем массу и число моль соляной кислоты в растворе:
m HCl = m_р-ра HCl · ⍵ HCl = 100 · 0,365 = 36,5 г
n HCl = m HCl / M HCl = 36,5 / 36,5 = 1 моль

3. Найдем числа моль железной окалины и оксида железа(III) в растворе:
Пусть n Fe₃O₄ = x моль, тогда n₁ FeCl₃ = 2x моль, n FeCl₂ = x моль
Пусть n Fe₂O₃ = y моль, тогда n₂ FeCl₃ = 2y моль

n FeCl₃ = n₁ FeCl₃ + n₂ FeCl₃ = (2x + 2y) моль
n FeCl₂ = x моль

Запишем реакции диссоциации хлорида железа(III) и хлорида железа(II):
FeCl₃ → Fe³⁺ + 3Cl^–
FeCl₂ → Fe²⁺ + 2Cl^–

n Fe³⁺ = n FeCl₃ = (2x + 2y) моль
n Fe²⁺ = n FeCl₂ = x моль

По условию суммарный заряд катионов Fe³⁺ в 6 раз больше суммарного заряда катионов Fe²⁺
у 1 иона Fe³⁺ заряд +3, у 1 иона Fe²⁺ заряд +2
у 4 ионов Fe³⁺ заряд +12, то есть в 6 раз больше, чем у 1 иона Fe²⁺
Следовательно, число моль Fe³⁺ в 4 раза больше числа моль Fe²⁺

n Fe³⁺ / n Fe²⁺ = 4 / 1
(2x + 2y) / x = 4 / 1
x = y

Тогда n FeCl₃ = 2x + 2x = 4x моль, а n FeCl₂ = x моль

n_{1прореаг.} HCl = 8x моль, а n_{2прореаг.} HCl = 6x моль, тогда
n_ост. HCl = n HCl – n_{1прореаг.} HCl – n_{2прореаг.} HCl = 1 – 8x – 6x = (1 – 14x) моль

n₁ H₂O = 4x моль, а n₂ H₂O = 3x моль, тогда
m_обр. H₂O = (n₁ H₂O + n₂ H₂O) · M H₂O = 7x · 18 = 126x г

m H₂O = m_р-ра HCl – m HCl + m_обр. H₂O = 100 – 36,5 + 126x = (63,5 + 126x) г

4. Найдем число моль аммиака:
n NH₃ = V NH₃ / V_m = 60,838 / 22,4 = 2,72 моль

5. Запишем реакции, происходящие после пропускания аммиака:
[3] NH₃ + HCl → NH₄Cl
[4] FeCl₂ + 2NH₃ + 2H₂O → Fe(OH)₂ + 2NH₄Cl
[5] FeCl₃ + 3NH₃ + 3H₂O → Fe(OH)₃ + 3NH₄Cl

n_{3прореаг.} NH₃ = n_ост. HCl = (1 – 14x) моль
n_{4прореаг.} NH₃ = 2n FeCl₂ = 2x моль
n_{5прореаг.} NH₃ = 3n FeCl₃ = 3 · 4x = 12x моль
n_{прореаг.} NH₃ = n_{3прореаг.} NH₃ + n_{4прореаг.} NH₃ + n_{5прореаг.} NH₃ = 1 – 14x + 2x + 12x = 1 моль
n_ост. NH₃ = n NH₃ – n_{прореаг.} NH₃ = 2,72 – 1 = 1,72 моль
V_ост. NH₃ = n_ост. NH₃ · V_m = 1,72 · 22,4 = 38,53 л

6. Найдем массу воды в конечном растворе:
n_{4прореаг.} H₂O = n_{4прореаг.} NH₃ = 2x моль
n_{5прореаг.} H₂O = n_{5прореаг.} NH₃ = 12x моль
m_{прореаг.} H₂O = (n_{4прореаг.} H₂O + n_{5прореаг.} H₂O) · M H₂O = 14x · 18 = 252x г
m_кон. H₂O = m H₂O – m_{прореаг.} H₂O = 63,5 + 126x – 252x = (63,5 – 126x) г

7. По условию в 1000 г воды (m H₂O = V H₂O · ρ H₂O = 1 л · 1000 г/л = 1000 г) растворяется 672 л аммиака, тогда в (63,5 – 126x) г воды растворяется 38,53 л аммиака. Составим пропорцию:
38,53 / 672 = (63,5 – 126x) / 1000
x = 0,05; n Fe₃O₄ = n Fe₂O₃ = 0,05 моль

8. Найдем массу смеси железной окалины и оксида железа(III):
m Fe₃O₄ = n Fe₃O₄ · M Fe₃O₄ = 0,05 · 232 = 11,6 г
m Fe₂O₃ = n Fe₂O₃ · M Fe₂O₃ = 0,05 · 160 = 8 г
m_смеси = m Fe₃O₄ + m Fe₂O₃ = 11,6 + 8 = 19,6 г

9. Найдем массовые доли железной окалины и оксида железа(III) в смеси:
⍵ Fe₃O₄ = m Fe₃O₄ / m_смеси = 11,6 / 19,6 = 0,5918 → 59,18%
⍵ Fe₂O₃ = m Fe₂O₃ / m_смеси = 8 / 19,6 = 0,4082 → 40,82%

Ответ: ⍵ Fe₃O₄ = 59,18%; ⍵ Fe₂O₃ = 40,82%

Источник: Реальное задание ЕГЭ (собрано NeoFamily)