Для решения этой задачи нам потребуется использовать стехиометрию химических реакций и закон эквивалентности.
Шаг 1: Запишем уравнение химической реакции перехода между реагентами.
Книга ответов: K2Cr2O7 + 6KI + 14HCl -> 2CrCl3 + 3I2 + 7H2O + 6KCl
Нам дано, что при взаимодействии 20 мл раствора дихромата калия с KI выделяется такое же количество йода, которое оттитровывается 32,46 мл раствора Na2S2O3. Значит, между реагентами находим соотношение:
6 молекул KI + 1 молекула K2Cr2O7 -> 3 молекулы I2 + ...
Шаг 2: Рассчитаем количество йода, которое молекулярно эквивалентно данной массе железа.
Молярная масса железа составляет 55,85 г/моль, поэтому
0,005584 г/55,85 г/моль = 0,0001 моль железа.
Шаг 3: Из соотношения в уравнении химической реакции, находим количество йода:
6 моль KI = 3 моль I2
Таким образом, 0,0001 моль железа молекулярно эквивалентно 0,0002 моль йода.
Шаг 4: Используя информацию о титровании раствора Na2S2O3, найдем его молярную концентрацию:
1 мл раствора Na2S2O3 = 0,03246 моль
Таким образом, 32,46 мл раствора Na2S2O3 содержат 1 моль Na2S2O3.
Тогда 1 мл раствора Na2S2O3 содержит (1/32,46) моль Na2S2O3.
Следовательно, 1 мл раствора Na2S2O3 содержит (1/32,46) * 0,0002 моль Na2S2O3.
Шаг 5: Выразим этот результат через эквивалентную концентрацию, которая в данном случае выражается через количество эквивалентов реагента (на основе его потери электрона или приобретение кислорода) и объем раствора. В случае с Na2S2O3 его эквивалентная концентрация выражается через количество эквивалентов Na2S2O3 и его объем:
1 мл = (1/32,46) * 0,0002 моль
1 мл = (1/32,46) * 0,0002 * 158,11 г/моль (молярная масса Na2S2O3)
Таким образом, эквивалентная концентрация раствора Na2S2O3 составляет (1/32,46) * 0,0002 * 158,11 г/моль = 0,000971 г/мл.
Восстановление оксида железа (III) водородом происходит по следующему уравнению реакции:
Fe2O3 + 3H2 -> 2Fe + 3H2O
На основе этого уравнения нам известно, что для полного восстановления 1 моль оксида железа (III) требуется 3 моля водорода.
Количество вещества газа мы можем определить, используя газовый закон:
V = n * Vm * P / (R * T)
где V - объем газа, n - количество вещества газа, Vm - молярный объем газа, P - давление газа, R - газовая постоянная, T - температура газа.
В задаче дан объем водорода равный 5.04 л. При условиях нормальных условиях (н.у), температура и давление газа равно 273 К и 1 атм соответственно.
Для решения задачи, мы должны определить количество вещества водорода, а затем использовать соотношение из уравнения реакции.
1. Определим количество вещества водорода:
n(H2) = V(H2) * P / (R * T) = 5.04 л * 1 атм / (0.0821 л*атм/(моль*К) * 273 К) ≈ 0.19 моль
2. Используя соотношение из уравнения реакции, определим количество вещества оксида железа (III):
n(Fe2O3) = (n(H2) * 1 mol Fe2O3) / (3 mol H2) ≈ 0.19 моль * 1 моль Fe2O3 / 3 моль H2 ≈ 0.063 моль
3. Найдем молярную массу оксида железа (III):
М(Fe2O3) = 2 * М(Fe) + 3 * М(O) ≈ 2 * 55.85 г/моль + 3 * 16 г/моль ≈ 159.7 г/моль
4. Рассчитаем массу оксида железа (III):
m(Fe2O3) = n(Fe2O3) * М(Fe2O3) ≈ 0.063 моль * 159.7 г/моль ≈ 10 г
Итак, для полного восстановления 5.04 л водорода при нормальных условиях до чистого железа, необходимо около 10 г оксида железа (III).