Химия

При растворении $Fe_{3}O_{4}$ в соляной кислоте образуются $FeCl_{3}$ и $FeCl_{2}$, а при добавлении железа происходит восстановление $Fe^{3+}$ до $Fe^{2+}$, следовательно, в растворе будет находиться только $FeCl_{2}$:

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

Определим количество вещества $HCl$ и $Fe_{3}O_{4}$ и установим, какое из них взято в избытке:

$n(HCl) = 6,027 моль/л \cdot 0,150 л = 0,9 моль$;
$n(Fe_{3}O_{4}) = \frac{10 г}{232 г/моль} = 0,043 моль$.

Окалина прореагирует полностью, следовательно, будет протекать еще одна реакция:

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

Найдем общее количество вещества $FeCl_{2}$ и его массу:

$n_{1}(FeCl_{2}) = n(Fe_{3}O_{4}) = 0,043 моль$;
$n(FeCl_{3}) = 2n(Fe_{3}O_{4}) = 0,086 моль$;
$n_{2}(FeCl_{2}) = 1,5n(FeCl_{3}) = 0,129 моль$;
$n_{изб}(Hcl) = n_{исх}(HCl) - n_{реаг}(HCl)$;
$n_{изб}(HCl) = 0,9 моль - 8 \cdot 0,043 моль = 0,556 моль$;
$n_{3}(FeCl_{2}) = 0,5n_{изб}(HCl) = 0,278 моль$;
$n_{общ}(FeCl_{2}) = 0,043 моль + 0,129 моль + 0,278 моль = 0,45 моль$;
$m_{общ}(FeCl_{2}) = 0,45 моль \cdot 127 г/моль = 57,15 г$.

Определим общее количество вещества железа:

$n_{общ}(Fe) = n_{2}(Fe) + n_{3}(Fe)$;
$n_{2}(Fe) = \frac{1}{2}(FeCl_{3}) = 0,43 моль; n_{2}(Fe) = \frac{1}{2} n_{изб}(HCl) = 0,278 моль$;
$n_{общ}(Fe) = 0,043 моль + 0,278 моль = 0,321 моль$

Определим массовую долю $FeCl_{2}$ в полученном растворе:

$m(р-ра) = m_{0} + m(Fe_{3}O_{4}) + m_{общ}(Fe) - m(H_{2})$;
$m(р-ра) = 150 мл \cdot 1,097 г/мл + 10 г + 0,321 моль \cdot 56 г/моль - 0,278 моль \cdot 2 = 191,97 г$;
$w(FeCl_{2})= \frac{51,15 г}{191,97 г} \cdot 100 \text{ % } =29,8 \text{ % }$.
Ответ: $w(FeCl_{2}) = 29,8 \text{ % }$.