Какая будет масса металла, когда 19,72 л угарного газа перейдут через 90 г железной окалины, содержащей 80% Fe3O4?

Для решения данной задачи, нам необходимо учитывать химическую реакцию превращения угарного газа (CO) и железной окалины (Fe3O4) в металл (Fe). Уравнение данной реакции можно представить следующим образом:

\[CO + 2Fe_3O_4 \rightarrow 6FeO + CO_2\]

Из данного уравнения видно, что для превращения 1 молекулы угарного газа (CO) необходимо использовать 2 молекулы железной окалины (Fe3O4). Таким образом, произойдет образование 6 молекул оксида железа (FeO) и 1 молекулы углекислого газа (CO2).

Для решения задачи, мы сначала должны определить количество вещества угарного газа (CO). Для этого воспользуемся уравнением состояния идеального газа:

\[PV = nRT\]

Где P - давление газа, V - его объем, n - количество вещества газа, R - универсальная газовая постоянная, T - температура газа.

У нас есть объем газа (19,72 л) и химическую формулу (CO), но нам не известно давление или температура. Поэтому нам понадобится использовать дополнительную информацию.

Она состоит в том, что 90 г железной окалины содержат 80% Fe3O4. Давайте найдем количество вещества Fe3O4 в данных 90 г железной окалины.

Сначала нужно найти молярную массу Fe3O4:

Масса одной молекулы Fe3O4:
\[(3 \cdot Атомная\,масса\,Fe) + (4 \cdot Атомная\,масса\,O)\]

Атомная масса Fe = 55,85 г/моль
Атомная масса O = 16 г/моль

Тогда молярная масса Fe3O4:
\[(3 \cdot 55,85) + (4 \cdot 16) = 231,4 г/моль\]

Теперь мы можем найти количество вещества Fe3O4 в 90 г железной окалины:

\[(90 г \times 0,8) / 231,4 г/моль = 0,310 моль\,Fe3O4\]

Согласно химическому уравнению реакции, для превращения 2 молекул Fe3O4 необходимо 1 молекула CO. Значит, количество вещества CO будет равно половине количества вещества Fe3O4:

\(0,310\, моль\, Fe3O4 \times 0,5 = 0,155\, моль\, CO\)

Таким образом, у нас есть 0,155 моль угарного газа CO.

Теперь мы можем использовать уравнение состояния идеального газа, чтобы найти количество вещества CO в литрах:

\(PV = nRT\)

Хотя у нас нет конкретных значений для P, V и T, мы можем предположить, что реакция происходит при нормальных условиях (температура 273 К, давление 1 атм).

Нормальное количество вещества (n) при нормальных условиях составляет 22,4 л. Таким образом:

\(n = \frac{0,155 моль \cdot 22,4 л}{1 моль} = 3,472 л \)

Таким образом, получается, что 0,155 моль угарного газа CO занимает объем 3,472 л.

Исходя из этого, мы можем вычислить массу 3,472 л угарного газа CO, используя его молярную массу:

\(Молярная\,масса CO = 12,01\, г/моль + 16,00\, г/моль = 28,01\, г/моль\)

Теперь мы можем рассчитать массу CO:

\[\text{Масса CO} = \text{Количество вещества CO} \times \text{Молярная масса CO}\]
\[\text{Масса CO} = 0,155 \, моль \times 28,01 \, г/моль = 4,34 \, г\]

Таким образом, масса углеродного оксида CO будет составлять 4,34 г.

Возвращаясь к исходным данным, мы можем сказать, что масса железной окалины составляет 90 г.

Так как железная окалина состоит из 80% Fe3O4, то масса Fe3O4 в ней будет составлять 80% от 90 г, т.е.:

\[\text{Масса Fe3O4} = 90 г \times 0,8 = 72 г\]

Теперь мы можем найти массу металла Fe, который образуется из Fe3O4 при реакции с CO.

Преобразуем 72 г Fe3O4 в количество вещества Fe3O4, используя его молярную массу (231,4 г/моль):

\[\text{Количество вещества Fe3O4} = \frac{72 г}{231,4 г/моль} = 0,31 моль\]

Учитывая химическую реакцию превращения Fe3O4 в Fe1, использовать 2 моль Fe3O4 необходимо 1 моль Fe. Таким образом, количество вещества Fe будет составлять половину количества вещества Fe3O4:

\[\text{Количество вещества Fe} = 0,31 моль \times \frac{1}{2} = 0,155 моль\]

Наконец, используя молярную массу железа (55,85 г/моль), мы можем рассчитать массу Fe:

\[\text{Масса Fe} = 0,155 моль \times 55,85 г/моль = 8,65 г\]

Таким образом, масса металла Fe, который образуется при реакции 19,72 л угарного газа с 90 г железной окалины, составит 8,65 г.