34.01 Атомистика

Уравнения реакций:
1) SO₃ + H₂O → H₂SO₄

2) 2Fe₃O₄ + 10H₂SO₄ → 3Fe₂(SO₄)₃ + SO₂ + 10H₂O

Олеум - раствор SO₃ в 100% H₂SO₄

Расчеты до добавления воды в олеум:
N_{электронов} = 58N_А
n_{электронов} = N_{электронов} / N_A = 58N_А / N_A = 58 моль
Пусть n SO₃ = x моль, тогда n_{электронов} SO₃ = 40x моль, m SO₃ = 80x г
Пусть n H₂SO₄ = y моль, тогда n_{электронов} H₂SO₄ = 50y моль, m H₂SO₄ = 98y г

n_{электронов} SO₃ + n_{электронов} H₂SO₄ = n_{электронов} = 58 моль

m SO₃ + m H₂SO₄ = 114 г

Получаем систему уравнений:
40x + 50y = 58

80x + 98y = 114

x = 0,2 моль = n SO₃
y = 1 моль = n H₂SO₄

Расчеты при добавлении воды в олеум:
n H₂O = m H₂O / M H₂O = 26 / 18 = 1,44 моль
Следовательно, SO₃ находится в недостатке
Таким образом, в 1 уравнении: n₁ H₂SO₄ = n SO₃ = 0,2 моль
n_общ. H₂SO₄ = n H₂SO₄ + n₁ H₂SO₄ = 1 + 0,2 = 1,2 моль

Расчеты по 2 уравнению:
n Fe₃O₄ = m Fe₃O₄ / M Fe₃O₄ = 23,2 / 232 = 0,1 моль

По условию необходимо найти массовую долю одной соли, учитывая также концентрированность олеума, делаем вывод, что железная окалина реагирует с концентрированной серной кислотой.

Нужно определить какое вещество во 2 реакции находится в недостатке, а какое - в избытке. Для этого поделим количества серной кислоты и железной окалины на коэффициенты и установим соотношение:

n _{на единицу коэф.} H₂SO₄ / n _{на единицу коэф.} Fe₃O₄ = (1,2 / 10) / (0,1 / 2) = 0,12 / 0,05

Делаем вывод, что серная кислота находится в избытке. Проводим реакцию по недостатку (по железной окалине).

По 2 уравнению: n Fe₂(SO₄)₃ = 3/2 * n Fe₃O₄ = 3/2 * 0,1 = 0,15 моль
m Fe₂(SO₄)₃ = n Fe₂(SO₄)₃ * M Fe₂(SO₄)₃ = 0,15 * 400 = 60 г 
По 2 уравнению: n SO₂ = n Fe₃O₄ / 2 = 0,1 / 2 = 0,05 моль
m SO₂ = n SO₂ * M SO₂ = 0,05 * 64 = 3,2 г 
m_{кон. р-ра} = m_олеума + m H₂O + m Fe₃O₄ – m SO₂ = 114 + 26 + 23,2 – 3,2 = 160 г
w Fe₂(SO₄)₃ = m Fe₂(SO₄)₃ / m_{кон. р-ра} = 60 / 160 = 0,375 или 37,5%

Ответ: w Fe₂(SO₄)₃ = 37,5%