Какова массовая доля железа и углерода в сплаве после «растворения» 5 г образца сплава из железа с углеродом в избытке

Для решения данной задачи нам понадобятся некоторые химические знания и умения. Давайте начнем.

Первым шагом необходимо определить химическую реакцию между сплавом железа с углеродом и серной кислотой. В данном случае, мы можем предположить, что реакция протекает по уравнению:

\[\text{Fe} + \text{H}_2\text{SO}_4 \rightarrow \text{FeSO}_4 + \text{H}_2\]

Здесь железо реагирует с серной кислотой, образуя соль железа (FeSO4) и выделяя водород (H2). Из уравнения видно, что каждая молекула железа реагирует с одной молекулой серной кислоты, образуя одну молекулу железной соли и одну молекулу водорода.

Поскольку нам известен объем выделившегося газа (1,96 л), который мы можем считать эквивалентным объему водорода, и хотим найти массовую долю железа и углерода в сплаве, нам нужно использовать информацию о молярном объеме газа и стехиометрии реакции.

Молярный объем газа, измеренный при нормальных условиях (1 атм давления и 0 градусов Цельсия) равен 22,4 л для любого газа. Мы можем использовать эту информацию для расчета количества молекул водорода и, следовательно, количество молекул железа.

Для начала определим количество молекул водорода, используя молярный объем и объем водорода, выделенного в реакции:

\[\text{Количество молекул H}_2 = \frac{\text{Объем H}_2}{\text{Молярный объем H}_2} = \frac{1,96}{22,4} \text{ моль}\]

Так как по стехиометрии реакции каждая молекула железа соответствует одной молекуле водорода, количество молекул железа также будет равно количеству молекул водорода.

Далее, мы можем использовать молярную массу железа (55,85 г/моль) и углерода (12,01 г/моль), чтобы рассчитать массу железа и углерода в сплаве.

Поскольку общая масса образца сплава составляет 5 г, мы можем найти массовую долю железа и углерода для каждого элемента используя следующие формулы:

\[\text{Массовая доля Fe} = \frac{\text{Масса Fe}}{\text{Масса сплава}} = \frac{\text{Молярная масса Fe} \times \text{Количество молекул Fe}}{\text{Масса сплава}}\]
\[\text{Массовая доля C} = \frac{\text{Масса C}}{\text{Масса сплава}} = \frac{\text{Молярная масса C} \times \text{Количество молекул C}}{\text{Масса сплава}}\]

Подставим соответствующие значения в эти формулы:

\[\text{Массовая доля Fe} = \frac{55,85 \times \frac{1,96}{22,4}}{5} \approx 0,97\]
\[\text{Массовая доля C} = \frac{12,01 \times \frac{1,96}{22,4}}{5} \approx 0,11\]

Таким образом, массовая доля железа в сплаве составляет около 0,97, а массовая доля углерода - около 0,11.