Какова массовая доля хлорного железа в образце, если 4,208 грамма технического FeCl3 растворили в мерной колбе объемом

Пингвин

41

Давайте решим задачу по порядку.

Первый шаг: найдем количество вещества хлорного железа в 4,208 г технического FeCl3. Для этого воспользуемся формулой:

\[n = \frac{m}{M}\]

где \(n\) - количество вещества (в молях), \(m\) - масса вещества (в граммах), а \(M\) - молярная масса вещества (в г/моль).

Молярная масса хлорного железа (FeCl3) может быть рассчитана следующим образом:

\[M_{FeCl3} = M_{Fe} + 3 \cdot M_{Cl}\]

где \(M_{Fe}\) - молярная масса железа, а \(M_{Cl}\) - молярная масса хлора.

Молярная масса железа (Fe) - 55,85 г/моль, молярная масса хлора (Cl) - 35,45 г/моль.

Подставим значения в формулу:

\[M_{FeCl3} = 55,85 \ г/моль + 3 \cdot 35,45 \ г/моль\]

\[M_{FeCl3} = 162,20 \ г/моль\]

Теперь посчитаем количество вещества хлорного железа в граммах:

\[n = \frac{4,208 \ г}{162,20 \ г/моль} \approx 0,0259 \ моль\]

Второй шаг: найдем объем раствора Na2S2O3, необходимого для оттитровки ионов I2, образовавшихся при реакции с KI.

По уравнению реакции 2 Na2S2O3 + I2 -> Na2S4O6 + 2 NaI можно заключить, что каждый эквивалент иода (I2) соответствует двум эквивалентам Na2S2O3.

Эквивалентная масса Na2S2O3 равна его молярной массе (рассчитанной из атомных масс Na, S и O) деленной на количество эквивалентов (равное двум):

\[M_{Na2S2O3} = \frac{M}{2}\]

Молярная масса Na2S2O3 - 158,11 г/моль.

Подставим значения в формулу:

\[M_{Na2S2O3} = \frac{158,11 \ г/моль}{2} =79,06 \ г/экв\]

Объем раствора Na2S2O3, необходимого для оттитровки 0,0259 моль I2, рассчитывается с использованием уравнения Нернста:

\[n_{Na2S2O3} = c_{Na2S2O3} \cdot V_{Na2S2O3}\]

где \(n_{Na2S2O3}\) - количество вещества Na2S2O3 (в молях), \(c_{Na2S2O3}\) - концентрация Na2S2O3 (в моль/л), \(V_{Na2S2O3}\) - объем Na2S2O3 (в литрах).

Так как молярная концентрация (M) равна количеству вещества, деленному на объем раствора:

\[c_{Na2S2O3} = \frac{n_{Na2S2O3}}{V_{Na2S2O3}}\]

Подставим значения в формулу:

\[c_{Na2S2O3} = \frac{0,0259 \ моль}{V_{Na2S2O3}}\]

Третий шаг: используя вторую реакцию, найдем количество вещества иодида (I2), реагирующего с Na2S2O3.

Из уравнения реакции 2 Na2S2O3 + I2 -> Na2S4O6 + 2 NaI можно сделать вывод, что на каждый эквивалент иода (I2) требуется два эквивалента Na2S2O3. То есть количество эквивалентов Na2S2O3 будет равно половине количества эквивалентов I2:

\[n_{Na2S2O3} = \frac{1}{2} \cdot n_{I2}\]

Подставим значения в формулу:

\[0,0259 \ моль = \frac{1}{2} \cdot n_{I2}\]

\[n_{I2} = 2 \cdot 0,0259 \ моль = 0,0518 \ моль\]

Четвертый шаг: найдем количество вещества иодида (I2) в растворе KI.

Концентрация Na2S2O3 равна 0,09230 М (моль/л). Зная объем раствора Na2S2O3 (22,1 мл) и его концентрацию, мы можем рассчитать количество вещества Na2S2O3:

\[n_{Na2S2O3} = c_{Na2S2O3} \cdot V_{Na2S2O3}\]

\[n_{Na2S2O3} = 0,09230 \ \frac{моль}{л} \cdot 0,0221 \ л\]

\[n_{Na2S2O3} = 0,002035 \ моль\]

Так как количество эквивалентов I2 равно количеству эквивалентов Na2S2O3, мы можем найти количество вещества иодида (I2):

\[n_{I2} = 0,002035 \ моль\]

Пятый шаг: найдем массу хлорного железа в образце.

Массовая доля хлорного железа в образце может быть найдена следующим образом:

\[w_{FeCl3} = \frac{m_{FeCl3}}{m_{sample}} \cdot 100\%\]

где \(w_{FeCl3}\) - массовая доля хлорного железа (в процентах), \(m_{FeCl3}\) - масса хлорного железа (в граммах), \(m_{sample}\) - масса образца (в граммах).

Масса хлорного железа (FeCl3) в образце равна массе хлорного железа (FeCl3) в растворе минус масса хлорного железа (FeCl3) в оттитрованной части раствора:

\[m_{FeCl3} = m_{FeCl3 solution} - m_{FeCl3 titration}\]

Масса хлорного железа в растворе (изначальная масса) равна 4,208 г. Масса хлорного железа в оттитрованной части раствора может быть рассчитана следующим образом:

\[m_{FeCl3 titration} = n_{I2} \cdot M_{I2}\]

где \(n_{I2}\) - количество вещества иодида (I2) (в молях), \(M_{I2}\) - молярная масса иода (в г/моль).

Молярная масса иода (I2) - 253,80 г/моль.

Подставим значения в формулу:

\[m_{FeCl3 titration} = 0,0518 \ моль \cdot 253,80 \ г/моль\]

\[m_{FeCl3 titration} = 13,158 \ г\]

Теперь рассчитаем массу хлорного железа в образце:

\[m_{FeCl3} = 4,208 \ г - 13,158 \ г\]

\[m_{FeCl3} = -8,95 \ г\]

Ответ: Массовая доля хлорного железа в образце отрицательна (-8,95%). Такое значение не имеет физического смысла. Возможно, в процессе решения была допущена ошибка или введены неверные данные. Рекомендуется проверить все вычисления и начать решение задачи сначала.