Задание 34 ЕГЭ по химии

Уравнения реакций:

2FeS + 10H2SO4 = Fe2(SO4)3 + 9SO2 + 10H2O

2FeS2 + 14H2SO4 = Fe2(SO4)3 + 15SO2 + 14H2O

Fe2(SO4)3 + 6NaOH = 2Fe(OH)3↓ + 3Na2SO4

2Fe(OH)3 ->(t) Fe2O3 + 3H2O

Расчёты:

n(Fe2O3) = 2,8:160 = 0,0175 моль

n(Fe2(SO4)3 в пробе) = n(Fe2O3) = 0,0175 моль

n(Fe2(SO4)3 образовалось в р-ре) = 10·n(Fe2(SO4)3 в пробе) = 0,175 моль

Пусть в смеси было x моль FeS и y моль FeS2, тогда:

0,5x + 0,5y = 0,175

(x + 2y) : (x + y) = 9 : 7

x = n(FeS) = 0,25 моль; y = n(FeS2) = 0,1 моль

n(SO2) = 9/2·n(FeS) + 15/2·n(FeS2) = 1,125 + 0,75 = 1,875 моль

V(SO2) = 1,875·22,4 = 42 л

Подробный разбор

Концентрированная серная кислота окисляет и железо (+2 → +3), и серу сульфидов до $SO_{2}$, поэтому в растворе оказывается только сульфат железа(III), а газ — сернистый:

1. $2FeS + 10H_{2}SO_{4} = Fe_{2}(SO_{4})_{3} + 9SO_{2}\uparrow + 10H_{2}O$

2. $2FeS_{2} + 14H_{2}SO_{4} = Fe_{2}(SO_{4})_{3} + 15SO_{2}\uparrow + 14H_{2}O$

3. $Fe_{2}(SO_{4})_{3} + 6NaOH = 2Fe(OH)_{3}\downarrow + 3Na_{2}SO_{4}$

4. $2Fe(OH)_{3} \overset{t}{\rightarrow} Fe_{2}O_{3} + 3H_{2}O$

1. Идём от прокалённого осадка к соли в пробе. Твёрдый остаток — $Fe_{2}O_{3}$ (щёлочь в избытке, поэтому всё железо ушло в осадок):

$n(Fe_{2}O_{3}) = \dfrac{2{,}8\ \text{г}}{160\ \text{г/моль}} = 0{,}0175\ \text{моль}$

По уравнениям (3) и (4): $Fe_{2}(SO_{4})_{3} \rightarrow 2Fe(OH)_{3} \rightarrow Fe_{2}O_{3}$, то есть соотношение 1 : 1, значит $n(Fe_{2}(SO_{4})_{3})$ в пробе $= 0{,}0175$ моль.

2. Переходим ко всему раствору. Проба — одна десятая часть, поэтому

$n(Fe_{2}(SO_{4})_{3}) = 10 \cdot 0{,}0175 = 0{,}175\ \text{моль}$

3. Находим состав смеси. Пусть $n(FeS) = x$ моль, $n(FeS_{2}) = y$ моль. Из уравнений (1) и (2) на 2 моль сульфида приходится 1 моль сульфата железа(III), то есть $0{,}5x + 0{,}5y = 0{,}175$. Второе условие — отношение числа атомов серы к числу атомов железа: в $FeS$ один атом серы, в $FeS_{2}$ — два, железа по одному:

$\dfrac{x + 2y}{x + y} = \dfrac{9}{7}$

Из первого уравнения $x + y = 0{,}35$; подставляя во второе, получаем $7(x + 2y) = 9 \cdot 0{,}35$, откуда $x + 2y = 0{,}45$ и $y = 0{,}45 - 0{,}35 = 0{,}1$ моль, $x = 0{,}25$ моль.

4. Считаем газ. По уравнению (1) на 2 моль $FeS$ выделяется 9 моль $SO_{2}$, по уравнению (2) на 2 моль $FeS_{2}$ — 15 моль $SO_{2}$:

$n(SO_{2}) = \dfrac{9}{2} \cdot 0{,}25 + \dfrac{15}{2} \cdot 0{,}1 = 1{,}125 + 0{,}75 = 1{,}875\ \text{моль}$

$V(SO_{2}) = 1{,}875\ \text{моль} \cdot 22{,}4\ \text{л/моль} = 42\ \text{л}$

Ответ: $V(SO_{2}) = 42$ л.