В конце 1 тысячелетия до н.э. началось производство железа из руд, таких как гематит Fe2O3, сидерит FeCO3

Металлургия железа и уголь

В конце 1 тысячелетия до н.э. началось производство железа из руд с использованием угля в процессе нагревания. Для этого металлурги использовали различные виды руд, например, гематит (Fe2O3) и сидерит (FeCO3). Для превращения оксида железа (III) в металлическое железо использовалось следующее химическое уравнение:

Fe2O3 + 3C = 2Fe + 3CO

Из данного уравнения можно определить, что для получения 1 моль железа необходимо использовать 1 моль оксида железа (III) и 3 моль углерода. Теперь мы можем использовать эти данные для решения задачи.

Для начала, определим количество молей оксида железа (III) в 80 кг данного оксида. Зная молярную массу Fe2O3 (159,69 г/моль), мы можем вычислить количество молей:

n(Fe2O3) = масса / молярная масса = 80000 г / 159,69 г/моль ≈ 501,1 моль

Теперь мы можем использовать уравнение, чтобы определить количество молей полученного железа:

Отношение стехиометрических коэффициентов говорит нам, что 1 моль Fe2O3 даёт 2 моль Fe. Следовательно:

n(Fe) = 2 * n(Fe2O3) = 2 * 501,1 моль ≈ 1002,2 моль

Давайте теперь рассчитаем массу полученного железа. Зная молярную массу железа (55,85 г/моль), мы можем использовать следующую формулу:

масса Fe = n(Fe) * молярная масса Fe = 1002,2 моль * 55,85 г/моль ≈ 55 982,6 г ≈ 56 кг

Таким образом, металлурги смогли получить около 56 кг металлического железа из 80 кг оксида железа (III).

Теперь давайте определим массу угля (углерода), необходимого для этого. Учитывая мольное отношение угля и оксида железа (III) в уравнении, мы можем рассчитать количество молей углерода:

n(C) = 3 * n(Fe2O3) = 3 * 501,1 моль ≈ 1503,3 моль

Теперь, используя молярную массу углерода (12,01 г/моль), мы можем рассчитать массу угля:

масса угля = n(C) * молярная масса угля = 1503,3 моль * 12,01 г/моль ≈ 18 045,7 г ≈ 18,05 кг

Таким образом, для производства около 56 кг металлического железа металлургам понадобится примерно 18,05 кг угля (углерода).

Во втором случае, когда восстанавливали оксиды Fe2O3 и SnO2 углем, известно, что 20 г металла получено из каждого оксида. Это означает, что использовалось одинаковое количество молей каждого оксида. Используя молярные массы Fe2O3 (159,69 г/моль) и SnO2 (150,71 г/моль), мы можем рассчитать количество молей каждого оксида:

n(Fe2O3) = масса / молярная масса = 20 г / 159,69 г/моль ≈ 0,125 моль

n(SnO2) = масса / молярная масса = 20 г / 150,71 г/моль ≈ 0,133 моль

Таким образом, в процессе металлургии было использовано примерно 0,125 моль оксида железа (III) и 0,133 моль оксида олова (IV).