Question

Дан раствор массой 200 г, содержащий хлорид железа(II) и хлорид железа(III). Соотношение числа атомов железа к числу атомов хлора в этом растворе составляет 3 : 8. Через раствор пропустили хлор до полного завершения реакции. К образовавшемуся раствору добавили раствор гидроксида натрия также до полного завершения реакции. При этом образовалось 526,5 г 20%-ного раствора хлорида натрия. Вычислите массовую долю гидроксида натрия в использованном растворе. В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения и обозначения искомых физических величин).

Accepted Answer

Answer

Идея решения: установить количество вещества хлорида натрия из конечного раствора, затем через стехиометрию найти исходные количества солей железа, определить массу добавленного гидроксида натрия и вычислить его массовую долю.

**Уравнения реакций:**

$$\ce{2FeCl2 + Cl2 -> 2FeCl3}$$

$$\ce{FeCl3 + 3NaOH -> Fe(OH)3 v + 3NaCl}$$

**Расчёты:**

1) Найдём массу и количество вещества хлорида натрия в конечном растворе:

$$m(\ce{NaCl}) = 526{,}5 \cdot 0{,}20 = 105{,}3 	ext{ г}$$

$$
u(\ce{NaCl}) = \frac{105{,}3}{58{,}5} = 1{,}8 	ext{ моль}$$

2) Из второго уравнения определим количество вещества хлорида железа(III) после окисления:

$$
u(\ce{FeCl3}) = \frac{
u(\ce{NaCl})}{3} = \frac{1{,}8}{3} = 0{,}6 	ext{ моль}$$

3) Обозначим $
u(\ce{FeCl2}) = x$ моль и $
u(\ce{FeCl3})_{	ext{исх}} = y$ моль в исходном растворе.

Количество атомов железа: $
u(\ce{Fe}) = x + y$

Количество атомов хлора: $
u(\ce{Cl}) = 2x + 3y$

По условию:
$$\frac{x + y}{2x + 3y} = \frac{3}{8}$$

Из первого уравнения реакции весь хлорид железа(II) окисляется в хлорид железа(III):

$$
u(\ce{FeCl3})_{	ext{образ}} = x 	ext{ моль}$$

Общее количество хлорида железа(III) после окисления:

$$x + y = 0{,}6 	ext{ моль}$$

4) Решаем систему уравнений:

$$\frac{x + y}{2x + 3y} = \frac{3}{8}$$
$$x + y = 0{,}6$$

Из второго уравнения: $y = 0{,}6 - x$

Подставляем в первое:
$$\frac{0{,}6}{2x + 3(0{,}6 - x)} = \frac{3}{8}$$

$$\frac{0{,}6}{2x + 1{,}8 - 3x} = \frac{3}{8}$$

$$\frac{0{,}6}{1{,}8 - x} = \frac{3}{8}$$

$$4{,}8 = 5{,}4 - 3x$$

$$x = 0{,}2 	ext{ моль}$$

$$y = 0{,}4 	ext{ моль}$$

5) Количество вещества хлора, пропущенного через раствор:

$$
u(\ce{Cl2}) = \frac{
u(\ce{FeCl2})}{2} = \frac{0{,}2}{2} = 0{,}1 	ext{ моль}$$

$$m(\ce{Cl2}) = 0{,}1 \cdot 71 = 7{,}1 	ext{ г}$$

6) Количество вещества гидроксида железа(III), выпавшего в осадок:

$$
u(\ce{Fe(OH)3}) = 
u(\ce{FeCl3}) = 0{,}6 	ext{ моль}$$

$$m(\ce{Fe(OH)3}) = 0{,}6 \cdot 107 = 64{,}2 	ext{ г}$$

7) Найдём массу раствора гидроксида натрия. По закону сохранения массы:

$$m_{	ext{исх}} + m(\ce{Cl2}) = m_{	ext{конеч}} + m(\ce{Fe(OH)3})$$

$$200 + 7{,}1 = 526{,}5 + m(\ce{Fe(OH)3}) - m(\ce{NaOH})_{	ext{р-ра}}$$

Переформулируем: масса раствора $\ce{NaOH}$ равна

$$m(\ce{NaOH})_{	ext{р-ра}} = 526{,}5 - 200 - 7{,}1 + 64{,}2 = 383{,}6 	ext{ г}$$

8) Количество вещества гидроксида натрия (из стехиометрии второй реакции):

$$
u(\ce{NaOH}) = 3 \cdot 
u(\ce{FeCl3}) = 3 \cdot 0{,}6 = 1{,}8 	ext{ моль}$$

$$m(\ce{NaOH}) = 1{,}8 \cdot 40 = 72 	ext{ г}$$

9) Массовая доля гидроксида натрия в использованном растворе:

$$\omega(\ce{NaOH}) = \frac{72}{383{,}6} = 0{,}188 = 18{,}8\%$$

Задание №34Расчётные задачиЕГЭ по химии