IChO 1976 · Theory problem 3
Technical iron(II) sulphide and hydrochloric acid
A sample of 5 g of a technical iron(II) sulphide \(\ce{FeS}\), which contains 5 % metallic iron reacted with hydrochloric acid.
Problems:
3.1 Calculate the volume of the gaseous products at STP conditions.
3.2 What is the composition (in volume %) of the gaseous mixture?
Official English text of the problem.
Answers
- 3.1 The total gas volume is \(1.31\ \mathrm{L}\) at STP: \(1.21\ \mathrm{L}\) of hydrogen sulphide, \(\ce{H2S}\) (SMILES
S), and \(0.100\ \mathrm{L}\) of hydrogen, \(\ce{H2}\) (SMILES[H][H]). - 3.2 The mixture contains \(92.4\%\ \ce{H2S}\) and \(7.6\%\ \ce{H2}\) by volume.
Solution
3.1
Assume complete reaction with sufficient hydrochloric acid. The two components react according to
\[ \ce{FeS + 2HCl -> FeCl2 + H2S ^} \]
\[ \ce{Fe + 2HCl -> FeCl2 + H2 ^}. \]
Acid protonates the sulphide component to produce hydrogen sulphide. Metallic iron is oxidized to iron(II), reducing hydrogen ions to hydrogen gas. Thus, each mole of \(\ce{FeS}\) produces one mole of \(\ce{H2S}\), and each mole of metallic iron produces one mole of \(\ce{H2}\).
For chemical identification, hydrogen chloride has SMILES Cl; hydrochloric acid is its aqueous solution. Formal ionic representations of iron(II) sulphide and iron(II) chloride are [Fe+2].[S-2] and [Fe+2].[Cl-].[Cl-], respectively. These specify ionic constituents, without representing crystal structure or aqueous solvation.
The component masses are
\[ m(\ce{Fe})=5.00\ \mathrm{g}\times0.05=0.250\ \mathrm{g}, \]
\[ m(\ce{FeS})=5.00-0.250=4.750\ \mathrm{g}. \]
Using the rounded molar masses \(M(\ce{Fe})=56.0\ \mathrm{g\,mol^{-1}}\) and \(M(\ce{FeS})=88.0\ \mathrm{g\,mol^{-1}}\),
\[ n(\ce{H2S})=\frac{4.750}{88.0} =0.0539773\ \mathrm{mol}, \]
\[ n(\ce{H2})=\frac{0.250}{56.0} =0.00446429\ \mathrm{mol}. \]
At conventional STP, \(0\,^\circ\mathrm{C}\) and \(1\ \mathrm{atm}\), take the ideal-gas molar volume as \(22.4\ \mathrm{L\,mol^{-1}}\). Therefore,
\[ V(\ce{H2S})=0.0539773\times22.4 =1.20909\ \mathrm{L}, \]
\[ V(\ce{H2})=0.00446429\times22.4 =0.10000\ \mathrm{L}. \]
Hence,
\[ \boxed{V_{\text{total}}=1.30909\ \mathrm{L}\approx1.31\ \mathrm{L}}. \]
3.2
For ideal gases at the same temperature and pressure, volume fractions equal mole fractions:
\[ \text{Volume \% of }\ce{H2S} = \frac{0.0539773}{0.0539773+0.00446429}\times100 =92.3611\%. \]
The remaining gas is hydrogen:
\[ \text{Volume \% of }\ce{H2} =100-92.3611=7.6389\%. \]
Thus,
\[ \boxed{\ce{H2S}:92.4\%\qquad \ce{H2}:7.6\%\quad\text{by volume}}. \]
The solution was checked against the official solution.
IChO 1976 · Theorieaufgabe 3
Technisches Eisen(II)-sulfid und Salzsäure
Eine Probe von 5 g technischem Eisen(II)-sulfid \(\ce{FeS}\), das 5 % metallisches Eisen enthält, reagierte mit Salzsäure.
Aufgaben:
3.1 Berechnen Sie das Volumen der gasförmigen Produkte unter STP-Bedingungen.
3.2 Welche Zusammensetzung (in Volumen-%) hat das Gasgemisch?
Aufgabentext aus dem offiziellen englischen Text übersetzt.
Antworten
- 3.1 Das gesamte Gasvolumen beträgt unter STP-Bedingungen \(1.31\ \mathrm{L}\): \(1.21\ \mathrm{L}\) Schwefelwasserstoff, \(\ce{H2S}\) (SMILES
S), und \(0.100\ \mathrm{L}\) Wasserstoff, \(\ce{H2}\) (SMILES[H][H]). - 3.2 Das Gemisch enthält \(92.4\%\ \ce{H2S}\) und \(7.6\%\ \ce{H2}\), bezogen auf das Volumen.
Lösung
3.1
Es wird eine vollständige Reaktion mit einer ausreichenden Menge Salzsäure angenommen. Die beiden Bestandteile reagieren gemäß
\[ \ce{FeS + 2HCl -> FeCl2 + H2S ^} \]
\[ \ce{Fe + 2HCl -> FeCl2 + H2 ^}. \]
Die Säure protoniert den Sulfidbestandteil, wobei Schwefelwasserstoff entsteht. Metallisches Eisen wird zu Eisen(II) oxidiert und reduziert dabei Wasserstoffionen zu gasförmigem Wasserstoff. Somit entsteht aus jedem Mol \(\ce{FeS}\) ein Mol \(\ce{H2S}\) und aus jedem Mol metallischem Eisen ein Mol \(\ce{H2}\).
Zur chemischen Identifizierung: Chlorwasserstoff hat die SMILES-Darstellung Cl; Salzsäure ist seine wässrige Lösung. Die formalen ionischen Darstellungen von Eisen(II)-sulfid und Eisen(II)-chlorid lauten [Fe+2].[S-2] bzw. [Fe+2].[Cl-].[Cl-]. Diese geben die ionischen Bestandteile an, ohne die Kristallstruktur oder die Solvatation in wässriger Lösung darzustellen.
Die Massen der Bestandteile betragen
\[ m(\ce{Fe})=5.00\ \mathrm{g}\times0.05=0.250\ \mathrm{g}, \]
\[ m(\ce{FeS})=5.00-0.250=4.750\ \mathrm{g}. \]
Mit den gerundeten molaren Massen \(M(\ce{Fe})=56.0\ \mathrm{g\,mol^{-1}}\) und \(M(\ce{FeS})=88.0\ \mathrm{g\,mol^{-1}}\) ergibt sich
\[ n(\ce{H2S})=\frac{4.750}{88.0} =0.0539773\ \mathrm{mol}, \]
\[ n(\ce{H2})=\frac{0.250}{56.0} =0.00446429\ \mathrm{mol}. \]
Unter konventionellen STP-Bedingungen, \(0\,^\circ\mathrm{C}\) und \(1\ \mathrm{atm}\), wird für das molare Volumen eines idealen Gases \(22.4\ \mathrm{L\,mol^{-1}}\) angesetzt. Daher gilt
\[ V(\ce{H2S})=0.0539773\times22.4 =1.20909\ \mathrm{L}, \]
\[ V(\ce{H2})=0.00446429\times22.4 =0.10000\ \mathrm{L}. \]
Somit ergibt sich
\[ \boxed{V_{\text{gesamt}}=1.30909\ \mathrm{L}\approx1.31\ \mathrm{L}}. \]
3.2
Bei idealen Gasen sind bei gleicher Temperatur und gleichem Druck die Volumenanteile gleich den Stoffmengenanteilen:
\[ \text{Volumenanteil in \% von }\ce{H2S} = \frac{0.0539773}{0.0539773+0.00446429}\times100 =92.3611\%. \]
Das übrige Gas ist Wasserstoff:
\[ \text{Volumenanteil in \% von }\ce{H2} =100-92.3611=7.6389\%. \]
Damit folgt
\[ \boxed{\ce{H2S}:92.4\%\qquad \ce{H2}:7.6\%\quad\text{bezogen auf das Volumen}}. \]
Die Lösung wurde mit der offiziellen Lösung abgeglichen.
IChO 1976 · Teori sorusu 3
Teknik saflıkta demir(II) sülfür ve hidroklorik asit
% 5 metalik demir içeren, teknik saflıkta demir(II) sülfürden \(\ce{FeS}\) alınan 5 g kütleli bir örnek hidroklorik asitle tepkimeye girmiştir.
Sorular:
3.1 Gaz hâlindeki ürünlerin standart sıcaklık ve basınç (STP) koşullarındaki hacmini hesaplayınız.
3.2 Gaz karışımının bileşimi (hacimce %) nedir?
Soru metni resmi İngilizce metinden çevrilmiştir.
Cevaplar
- 3.1 STP koşullarında toplam gaz hacmi \(1.31\ \mathrm{L}\)'dir: \(1.21\ \mathrm{L}\) hidrojen sülfür, \(\ce{H2S}\) (SMILES
S) ve \(0.100\ \mathrm{L}\) hidrojen, \(\ce{H2}\) (SMILES[H][H]). - 3.2 Karışım hacimce \(92.4\%\ \ce{H2S}\) ve \(7.6\%\ \ce{H2}\) içerir.
Çözüm
3.1
Yeterli miktarda hidroklorik asitle tepkimenin tam olarak gerçekleştiğini varsayalım. İki bileşen aşağıdaki denklemlere göre tepkimeye girer:
\[ \ce{FeS + 2HCl -> FeCl2 + H2S ^} \]
\[ \ce{Fe + 2HCl -> FeCl2 + H2 ^}. \]
Asit, sülfür bileşenini protonlayarak hidrojen sülfür oluşturur. Metalik demir, hidrojen iyonlarını hidrojen gazına indirgerken demir(II)'ye yükseltgenir. Böylece, her bir mol \(\ce{FeS}\) bir mol \(\ce{H2S}\), her bir mol metalik demir ise bir mol \(\ce{H2}\) oluşturur.
Kimyasal tanımlama açısından, hidrojen klorürün SMILES gösterimi Cl'dir; hidroklorik asit bunun sulu çözeltisidir. Demir(II) sülfürün ve demir(II) klorürün biçimsel iyonik gösterimleri sırasıyla [Fe+2].[S-2] ve [Fe+2].[Cl-].[Cl-]'dir. Bunlar, kristal yapısını veya sulu ortamdaki solvatasyonu temsil etmeksizin iyonik bileşenleri belirtir.
Bileşenlerin kütleleri şöyledir:
\[ m(\ce{Fe})=5.00\ \mathrm{g}\times0.05=0.250\ \mathrm{g}, \]
\[ m(\ce{FeS})=5.00-0.250=4.750\ \mathrm{g}. \]
Yuvarlatılmış molar kütleler olan \(M(\ce{Fe})=56.0\ \mathrm{g\,mol^{-1}}\) ve \(M(\ce{FeS})=88.0\ \mathrm{g\,mol^{-1}}\) kullanılarak,
\[ n(\ce{H2S})=\frac{4.750}{88.0} =0.0539773\ \mathrm{mol}, \]
\[ n(\ce{H2})=\frac{0.250}{56.0} =0.00446429\ \mathrm{mol}. \]
Geleneksel STP koşullarında, yani \(0\,^\circ\mathrm{C}\) ve \(1\ \mathrm{atm}\)'de, ideal gazın molar hacmini \(22.4\ \mathrm{L\,mol^{-1}}\) olarak alalım. Buna göre,
\[ V(\ce{H2S})=0.0539773\times22.4 =1.20909\ \mathrm{L}, \]
\[ V(\ce{H2})=0.00446429\times22.4 =0.10000\ \mathrm{L}. \]
Dolayısıyla,
\[ \boxed{V_{\text{toplam}}=1.30909\ \mathrm{L}\approx1.31\ \mathrm{L}}. \]
3.2
Aynı sıcaklık ve basınçtaki ideal gazlar için hacim kesirleri mol kesirlerine eşittir:
\[ \text{Hacimce \% }\ce{H2S} = \frac{0.0539773}{0.0539773+0.00446429}\times100 =92.3611\%. \]
Geriye kalan gaz hidrojendir:
\[ \text{Hacimce \% }\ce{H2} =100-92.3611=7.6389\%. \]
Böylece,
\[ \boxed{\ce{H2S}:92.4\%\qquad \ce{H2}:7.6\%\quad\text{hacimce}}. \]
Çözüm, resmi çözümle karşılaştırılarak kontrol edildi.
IChO 1976 · Problema teórico 3
Sulfuro de hierro(II) de grado técnico y ácido clorhídrico
Una muestra de 5 g de sulfuro de hierro(II) de grado técnico \(\ce{FeS}\), que contiene un 5 % de hierro metálico, reaccionó con ácido clorhídrico.
Cuestiones:
3.1 Calcule el volumen de los productos gaseosos en condiciones normales de temperatura y presión (STP).
3.2 ¿Cuál es la composición (en % en volumen) de la mezcla gaseosa?
Enunciado traducido del texto oficial en inglés.
Respuestas
- 3.1 El volumen total de gas es \(1.31\ \mathrm{L}\) en condiciones STP: \(1.21\ \mathrm{L}\) de sulfuro de hidrógeno, \(\ce{H2S}\) (SMILES
S), y \(0.100\ \mathrm{L}\) de hidrógeno, \(\ce{H2}\) (SMILES[H][H]). - 3.2 La mezcla contiene \(92.4\%\ \ce{H2S}\) y \(7.6\%\ \ce{H2}\) en volumen.
Solución
3.1
Supongamos que la reacción es completa y que hay suficiente ácido clorhídrico. Los dos componentes reaccionan según
\[ \ce{FeS + 2HCl -> FeCl2 + H2S ^} \]
\[ \ce{Fe + 2HCl -> FeCl2 + H2 ^}. \]
El ácido protona el componente sulfuro para producir sulfuro de hidrógeno. El hierro metálico se oxida a hierro(II), reduciendo los iones hidrógeno a hidrógeno gaseoso. Por tanto, cada mol de \(\ce{FeS}\) produce un mol de \(\ce{H2S}\), y cada mol de hierro metálico produce un mol de \(\ce{H2}\).
A efectos de identificación química, el cloruro de hidrógeno tiene el SMILES Cl; el ácido clorhídrico es su disolución acuosa. Las representaciones iónicas formales del sulfuro de hierro(II) y del cloruro de hierro(II) son [Fe+2].[S-2] y [Fe+2].[Cl-].[Cl-], respectivamente. Estas especifican los constituyentes iónicos, sin representar la estructura cristalina ni la solvatación acuosa.
Las masas de los componentes son
\[ m(\ce{Fe})=5.00\ \mathrm{g}\times0.05=0.250\ \mathrm{g}, \]
\[ m(\ce{FeS})=5.00-0.250=4.750\ \mathrm{g}. \]
Utilizando las masas molares redondeadas \(M(\ce{Fe})=56.0\ \mathrm{g\,mol^{-1}}\) y \(M(\ce{FeS})=88.0\ \mathrm{g\,mol^{-1}}\),
\[ n(\ce{H2S})=\frac{4.750}{88.0} =0.0539773\ \mathrm{mol}, \]
\[ n(\ce{H2})=\frac{0.250}{56.0} =0.00446429\ \mathrm{mol}. \]
En las condiciones STP convencionales, \(0\,^\circ\mathrm{C}\) y \(1\ \mathrm{atm}\), se toma como volumen molar del gas ideal \(22.4\ \mathrm{L\,mol^{-1}}\). Por tanto,
\[ V(\ce{H2S})=0.0539773\times22.4 =1.20909\ \mathrm{L}, \]
\[ V(\ce{H2})=0.00446429\times22.4 =0.10000\ \mathrm{L}. \]
Así pues,
\[ \boxed{V_{\text{total}}=1.30909\ \mathrm{L}\approx1.31\ \mathrm{L}}. \]
3.2
Para gases ideales a la misma temperatura y presión, las fracciones en volumen son iguales a las fracciones molares:
\[ \text{\% en volumen de }\ce{H2S} = \frac{0.0539773}{0.0539773+0.00446429}\times100 =92.3611\%. \]
El gas restante es hidrógeno:
\[ \text{\% en volumen de }\ce{H2} =100-92.3611=7.6389\%. \]
Por tanto,
\[ \boxed{\ce{H2S}:92.4\%\qquad \ce{H2}:7.6\%\quad\text{en volumen}}. \]
La solución se comprobó con la solución oficial.
IChO 1976 · 理论题 3
工业级硫化亚铁与盐酸
一份质量为 5 g、含有 5 % 金属铁的工业级硫化亚铁 \(\ce{FeS}\) 样品与盐酸反应。
问题：
3.1 计算标准状况（STP）下气态产物的体积。
3.2 气体混合物的组成（以体积百分数表示）是什么？
题目译自官方英文原文。
答案
- 3.1 标准状况下气体的总体积为 \(1.31\ \mathrm{L}\)：其中硫化氢 \(\ce{H2S}\)（SMILES
S）为 \(1.21\ \mathrm{L}\)，氢气 \(\ce{H2}\)（SMILES[H][H]）为 \(0.100\ \mathrm{L}\)。 - 3.2 按体积计，混合物含有 \(92.4\%\ \ce{H2S}\) 和 \(7.6\%\ \ce{H2}\)。
解答
3.1
假设盐酸足量，反应完全。两种组分按下列反应式发生反应：
\[ \ce{FeS + 2HCl -> FeCl2 + H2S ^} \]
\[ \ce{Fe + 2HCl -> FeCl2 + H2 ^}. \]
酸使硫化物组分质子化，生成硫化氢。金属铁被氧化为二价铁，同时将氢离子还原为氢气。因此，每摩尔 \(\ce{FeS}\) 生成一摩尔 \(\ce{H2S}\)，每摩尔金属铁生成一摩尔 \(\ce{H2}\)。
为明确化学物质的标识，氯化氢的 SMILES 为 Cl；盐酸是氯化氢的水溶液。硫化亚铁和氯化亚铁的形式离子表示分别为 [Fe+2].[S-2] 和 [Fe+2].[Cl-].[Cl-]。这些表示法指明了离子组分，但不表示晶体结构或水溶液中的溶剂化情况。
各组分的质量为
\[ m(\ce{Fe})=5.00\ \mathrm{g}\times0.05=0.250\ \mathrm{g}, \]
\[ m(\ce{FeS})=5.00-0.250=4.750\ \mathrm{g}. \]
采用经舍入的摩尔质量 \(M(\ce{Fe})=56.0\ \mathrm{g\,mol^{-1}}\) 和 \(M(\ce{FeS})=88.0\ \mathrm{g\,mol^{-1}}\)，
\[ n(\ce{H2S})=\frac{4.750}{88.0} =0.0539773\ \mathrm{mol}, \]
\[ n(\ce{H2})=\frac{0.250}{56.0} =0.00446429\ \mathrm{mol}. \]
在传统的标准状况（STP），即 \(0\,^\circ\mathrm{C}\) 和 \(1\ \mathrm{atm}\) 下，取理想气体的摩尔体积为 \(22.4\ \mathrm{L\,mol^{-1}}\)。因此，
\[ V(\ce{H2S})=0.0539773\times22.4 =1.20909\ \mathrm{L}, \]
\[ V(\ce{H2})=0.00446429\times22.4 =0.10000\ \mathrm{L}. \]
所以，
\[ \boxed{V_{\text{总}}=1.30909\ \mathrm{L}\approx1.31\ \mathrm{L}}. \]
3.2
对于温度和压力相同的理想气体，体积分数等于摩尔分数：
\[ \text{体积百分数：}\ce{H2S} = \frac{0.0539773}{0.0539773+0.00446429}\times100 =92.3611\%. \]
其余气体为氢气：
\[ \text{体积百分数：}\ce{H2} =100-92.3611=7.6389\%. \]
因此，
\[ \boxed{\ce{H2S}:92.4\%\qquad \ce{H2}:7.6\%\quad\text{按体积计}}. \]
解答已与官方解答核对。
IChO 1976 · Теоретическая задача 3
Технический сульфид железа(II) и соляная кислота
Образец технического сульфида железа(II) \(\ce{FeS}\) массой 5 г, содержащий 5 % металлического железа, прореагировал с соляной кислотой.
Задания:
3.1 Рассчитайте объём газообразных продуктов при нормальных условиях.
3.2 Каков состав (в объёмных %) газовой смеси?
Условие переведено с официального английского текста.
Ответы
- 3.1 Общий объём газа при нормальных условиях составляет \(1.31\ \mathrm{L}\): \(1.21\ \mathrm{L}\) сероводорода, \(\ce{H2S}\) (SMILES
S), и \(0.100\ \mathrm{L}\) водорода, \(\ce{H2}\) (SMILES[H][H]). - 3.2 Смесь содержит \(92.4\%\ \ce{H2S}\) и \(7.6\%\ \ce{H2}\) по объёму.
Решение
3.1
Предположим, что реакция протекает полностью при достаточном количестве соляной кислоты. Оба компонента реагируют согласно уравнениям
\[ \ce{FeS + 2HCl -> FeCl2 + H2S ^} \]
\[ \ce{Fe + 2HCl -> FeCl2 + H2 ^}. \]
Кислота протонирует сульфидную составляющую с образованием сероводорода. Металлическое железо окисляется до железа(II), восстанавливая ионы водорода до газообразного водорода. Таким образом, каждый моль \(\ce{FeS}\) даёт один моль \(\ce{H2S}\), а каждый моль металлического железа — один моль \(\ce{H2}\).
Для химической идентификации: хлороводород имеет запись SMILES Cl; соляная кислота представляет собой его водный раствор. Формальные ионные представления сульфида железа(II) и хлорида железа(II) — [Fe+2].[S-2] и [Fe+2].[Cl-].[Cl-] соответственно. Они указывают составляющие вещества ионы, не отражая кристаллическую структуру или сольватацию в водном растворе.
Массы компонентов равны
\[ m(\ce{Fe})=5.00\ \mathrm{g}\times0.05=0.250\ \mathrm{g}, \]
\[ m(\ce{FeS})=5.00-0.250=4.750\ \mathrm{g}. \]
Используя округлённые молярные массы \(M(\ce{Fe})=56.0\ \mathrm{g\,mol^{-1}}\) и \(M(\ce{FeS})=88.0\ \mathrm{g\,mol^{-1}}\), получаем
\[ n(\ce{H2S})=\frac{4.750}{88.0} =0.0539773\ \mathrm{mol}, \]
\[ n(\ce{H2})=\frac{0.250}{56.0} =0.00446429\ \mathrm{mol}. \]
При традиционно принятых нормальных условиях, \(0\,^\circ\mathrm{C}\) и \(1\ \mathrm{atm}\), примем молярный объём идеального газа равным \(22.4\ \mathrm{L\,mol^{-1}}\). Следовательно,
\[ V(\ce{H2S})=0.0539773\times22.4 =1.20909\ \mathrm{L}, \]
\[ V(\ce{H2})=0.00446429\times22.4 =0.10000\ \mathrm{L}. \]
Отсюда
\[ \boxed{V_{\text{общий}}=1.30909\ \mathrm{L}\approx1.31\ \mathrm{L}}. \]
3.2
Для идеальных газов при одинаковых температуре и давлении объёмные доли равны мольным долям:
\[ \text{Объёмный процент }\ce{H2S} = \frac{0.0539773}{0.0539773+0.00446429}\times100 =92.3611\%. \]
Оставшийся газ — водород:
\[ \text{Объёмный процент }\ce{H2} =100-92.3611=7.6389\%. \]
Таким образом,
\[ \boxed{\ce{H2S}:92.4\%\qquad \ce{H2}:7.6\%\quad\text{по объёму}}. \]
Решение проверено по официальному решению.
IChO 1976 · مسألة نظرية 3
كبريتيد الحديد(II) من الدرجة الصناعية وحمض الهيدروكلوريك
تفاعلت عينة كتلتها 5 g من كبريتيد الحديد(II) من الدرجة الصناعية \(\ce{FeS}\)، تحتوي على 5 % من الحديد الفلزي، مع حمض الهيدروكلوريك.
المطلوب:
3.1 احسب حجم النواتج الغازية عند شروط درجة الحرارة والضغط القياسيين (STP).
3.2 ما تركيب المزيج الغازي (بالنسبة المئوية الحجمية)؟
نص المسألة مترجم عن النص الإنجليزي الرسمي.
الإجابات
- 3.1 الحجم الكلي للغاز هو \(1.31\ \mathrm{L}\) عند شروط STP: مقدار \(1.21\ \mathrm{L}\) من كبريتيد الهيدروجين، \(\ce{H2S}\) (تمثيل SMILES:
S)، ومقدار \(0.100\ \mathrm{L}\) من الهيدروجين، \(\ce{H2}\) (تمثيل SMILES:[H][H]). - 3.2 يحتوي المزيج على \(92.4\%\ \ce{H2S}\) و\(7.6\%\ \ce{H2}\) حجماً.
الحل
3.1
نفترض اكتمال التفاعل بوجود كمية كافية من حمض الهيدروكلوريك. يتفاعل المكوِّنان وفقاً للمعادلتين
\[ \ce{FeS + 2HCl -> FeCl2 + H2S ^} \]
\[ \ce{Fe + 2HCl -> FeCl2 + H2 ^}. \]
يمنح الحمض بروتونات لمكوِّن الكبريتيد، فينتج كبريتيد الهيدروجين. ويتأكسد الحديد الفلزي إلى الحديد(II)، مختزِلاً أيونات الهيدروجين إلى غاز الهيدروجين. وهكذا، ينتج كل مول من \(\ce{FeS}\) مولاً واحداً من \(\ce{H2S}\)، وينتج كل مول من الحديد الفلزي مولاً واحداً من \(\ce{H2}\).
للتعريف بالمواد الكيميائية، يُمثَّل كلوريد الهيدروجين بصيغة SMILES Cl؛ وحمض الهيدروكلوريك هو محلوله المائي. والتمثيلان الأيونيان الشكليان لكبريتيد الحديد(II) وكلوريد الحديد(II) هما [Fe+2].[S-2] و[Fe+2].[Cl-].[Cl-]، على الترتيب. ويحددان المكوِّنات الأيونية، دون تمثيل البنية البلورية أو الإذابة في الوسط المائي.
كتلتا المكوِّنين هما
\[ m(\ce{Fe})=5.00\ \mathrm{g}\times0.05=0.250\ \mathrm{g}, \]
\[ m(\ce{FeS})=5.00-0.250=4.750\ \mathrm{g}. \]
باستخدام الكتلتين الموليتين المقرَّبتين \(M(\ce{Fe})=56.0\ \mathrm{g\,mol^{-1}}\) و \(M(\ce{FeS})=88.0\ \mathrm{g\,mol^{-1}}\)،
\[ n(\ce{H2S})=\frac{4.750}{88.0} =0.0539773\ \mathrm{mol}, \]
\[ n(\ce{H2})=\frac{0.250}{56.0} =0.00446429\ \mathrm{mol}. \]
عند شروط STP التقليدية، أي \(0\,^\circ\mathrm{C}\) و\(1\ \mathrm{atm}\)، نأخذ الحجم المولي للغاز المثالي مساوياً لـ \(22.4\ \mathrm{L\,mol^{-1}}\). ومن ثم،
\[ V(\ce{H2S})=0.0539773\times22.4 =1.20909\ \mathrm{L}, \]
\[ V(\ce{H2})=0.00446429\times22.4 =0.10000\ \mathrm{L}. \]
وعليه،
\[ \boxed{V_{\text{الكلي}}=1.30909\ \mathrm{L}\approx1.31\ \mathrm{L}}. \]
3.2
بالنسبة إلى الغازات المثالية عند درجة الحرارة والضغط نفسيهما، تساوي الكسور الحجمية الكسور المولية:
\[ \text{النسبة المئوية الحجمية لـ }\ce{H2S} = \frac{0.0539773}{0.0539773+0.00446429}\times100 =92.3611\%. \]
الغاز المتبقي هو الهيدروجين:
\[ \text{النسبة المئوية الحجمية لـ }\ce{H2} =100-92.3611=7.6389\%. \]
إذن،
\[ \boxed{\ce{H2S}:92.4\%\qquad \ce{H2}:7.6\%\quad\text{حجماً}}. \]
تمت مراجعة الحل بمقارنته بالحل الرسمي.