Химия

Записываем уравнения реакций:

$8HCl + Fe_{3}O_{4} = FeCl_{2} + 2FeCl_{3} + 4H_{2}O$; (1)
$2FeCl_{3} + Fe = 3FeCl_{2}$. (2))

Определяем количество вещества $HCl$:

$m = V \rho; m(р-ра HCl) = 150 мл \cdot 1,1 г/мл = 165 г$;
$m(HCl) = \frac{w(HCl) \cdot m(р- ра)}{100 \text{ % } }$;
$m(HCl) = \frac{20 \text{ % } \cdot 165 г}{100 \text{ % } } = 33,0 г$;
$n = \frac{m}{M}; n(HCl) = \frac{33,0 г}{36,5 г/моль} = 0,904 моль$.

Определяем количество вещества $Fe_{3}O_{4}$ и вещество, находящееся в избытке:

$n = \frac{m}{M}$;
$n(Fe_{3}O_{4} = \frac{10 г}{232 г/моль} = 0,043 моль$;
$n(Fe_{3}O_{4}) : n(HCl) = 1 : 8 \Rightarrow n(HCl) = 8n(Fe_{3}O_{4})$;

$n(HCl) = 8 \cdot 0,043 моль = 0,344 моль$ - по уравнению, а по условию $n(HCl) = 0,904 моль$.

Следовательно, $HCl$ в избытке и будет протекать еще одна реакция с железом:

$Fe + 2HCl = FeCl_{2} + H_{2} \uparrow$. (3)

Определяем количество вещества $FeCl_{2}$ и $FeCl_{3}$, образующихся по уравнению (1), и количество вещества $HCl$, прореагировавшего с $Fe_{3}O_{4}$:

$n_{1}(FeCl_{2}) : n(Fe_{3}O_{4}) = 1:1 \Rightarrow n_{1}(FeCl_{2}) = n(Fe_{3}O_{4}) = 0,043 моль$;
$n_{1}(FeCl_{3}) : n(Fe_{3}O_{4}) = 2:1 \Rightarrow n_{1}(FeCl_{3}) = 2n(Fe_{3}O_{4}) = 0,086 моль$;
$n_{1}(HCl) : n(Fe_{3}O_{4}) = 8:1 \Rightarrow n_{1}(HCl) = 8n(Fe_{3}O_{4}) = 0,344 моль$.

Определяем количество вещества $HCl$, которое не прореагировало в реакции (1), и количество вещества $FeCl_{2}$, образовавшегося в реакции (3):

$n_{ост}(HCl) = n(HCl) - n_{1}(HCl)$;
$n_{ост}(HCl) = 0,904 моль - 0,344 моль = 0,56 моль$;
$n_{3}(FeCl_{3}) : n_{ост}(HCl) = 1:2 \Rightarrow n_{3}(FeCl_{2}) = \frac{n_{ост}(HCl)}{2} = 0,28 моль$.

Определяем количество вещества $FeCl_{2}$, образовавшегося в реакции (2), общее количество вещества и массу $FeCl_{2}$:

$n_{2}(FeCl_{3}) = n_{1}(FeCl_{3}) = 0,086 моль$;
$n_{2}(FeCl_{3}) : n_{2}(FeCl_{3}) = 3:2 \Rightarrow n_{2}(FeCl_{2}) = \frac{3n_{2}(FeCl_{3})}{2}$;
$n_{2}(FeCl_{2}) = \frac{3 \cdot 0,086 моль}{2} = 0,129 моль$;
$n_{общ}(FeCl_{2}) = n_{1}(FeCl_{2} ) + n_{2} (FeCl_{2}) + n_{3}(FeCl_{2})$;
$n_{общ}(FeCl_{2}) = 0,043 моль + 0,129 моль + 0,28 моль = 0,452 моль$;
$m = nM; m_{общ}(FeCl_{2}) = 0,452 моль \cdot 127 г/моль = 57,404 г$.

Определяем количество вещества и массу железа, вступившего в реакции (2) и (3):

$n_{2}(Fe) : n_{2}(FeCl_{3}) = 1:2 \Rightarrow n_{2}(Fe) = \frac{n_{2}(FeCl_{3} ) }{2}$;
$n_{2}(Fe) = \frac{0,086 моль}{2} = 0,043 моль$;
$n_{3}(Fe) : n_{ост}(HCl) = 1:2 \Rightarrow n_{3}(Fe) = \frac{n_{ост}(HCl)}{2}$;
$n_{3}(Fe) = \frac{0,562 моль}{2} = 0,28 моль; n_{общ}(Fe) = n_{2}(Fe) + n_{3}(Fe)$;
$n_{общ}(Fe) = 0,043 моль + 0,28 моль = 0,323 моль$;
$m = nM; m_{общ}(Fe) = 0,323 моль \cdot 56 г/моль = 18,088 г$.

Вычисляем количество и массу водорода, выделившегося в реакции (3):

$n(H_{2} ) = \frac{m_{ост}(HCl) }{2}; n(H_{2} ) = \frac{0,56 моль}{2} = 0,28 моль$;
$m = nM; m (H_{2} ) = 0,28 моль \cdot 2 г/моль = 0,56 г$.

Определяем массу полученного раствора $m^{ \prime}(р-ра)$ и массовую долю $FeCl_{2}$ в нем:

$m^{ \prime}(р-ра) = m(р-ра HCl) + m(Fe_{3}O_{4}) + m_{общ}(Fe) - m(H_{2})$;
$m^{ \prime}(р-ра) = 165 г + 10 г + 18,088 г - 0,56 г = 192,528 г$;
$w(FeCl_{2}) = \frac{m_{общ}(FeCl_{2}) \cdot 100 \text{ % }}{m^{ \prime}(р-ра) }; w(FeCl_{2}) = \frac{57,404 г \cdot 100 \text{ % }}{192,528 г} = 29,82 \text{%}$.
Ответ: $(FeCl_{2}) = 29,82 \text{ % }$.