Для решения этой задачи, нам необходимо следовать следующим шагам:
1. Найдем массу чистого железа, необходимую для получения 1 тонны чугуна (1000 кг) с содержанием 95% железа:
Масса железа = 1000 кг × 0.95 = 950 кг
2. Найдем массу магнетита, которая содержит необходимое количество чистого железа. Учитывая, что магнетит содержит 72.4% железа (Fe3O4), а оставшиеся 27.6% - примеси, мы можем записать следующее:
Масса железа в магнетите = 950 кг / 0.724 = 1311.85 кг
3. Теперь найдем массу магнетита, содержащего 10% примесей:
Масса магнетита = Масса железа в магнетите / (1 - Доля примесей) = 1311.85 кг / (1 - 0.10) = 1457.61 кг
4. Найдем массу оксида углерода(2), используемого в реакции:
Реакция превращения магнетита в чистое железо осуществляется с помощью оксида углерода(2). Уравнение реакции:
3Fe3O4 + 4CO2 → 8Fe + 4CO2
Коэффициенты перед веществами в уравнении показывают, что 3 молекулы Fe3O4 соответствуют 4 молекулам CO2.
Дано, что масса магнетита составляет 1457.61 кг, а массовые доли углерода и кислорода в CO2 составляют 12 и 32 соответственно (относительные атомные массы). Таким образом, молярная масса CO2 составляет 12 + 2×32 = 44 г/моль.
Масса CO2 = (1457.61 кг × 4 моль CO2) / (3 моль Fe3O4 × 44 г/моль) = 742.82 кг
5. Определим объем CO2 при нормальных условиях (0°C, 1 атм):
Используем следующее соотношение объема и массы газа при н.у.:
V = (m × R × T) / (M × P)
Где:
V - объем газа
m - масса газа
R - универсальная газовая постоянная (0.0821 л × атм / (моль × К))
T - температура в Кельвинах (0°C = 273 К)
M - молярная масса газа (44 г/моль)
P - давление газа (1 атм)
Подставляя значения:
V = (742.82 кг × 0.0821 л × атм / (моль × К) × 273 К) / (44 г/моль × 1 атм) = 349.36 л
Таким образом, для получения 1 тонны чугуна с содержанием 95% железа, потребуется около 1457.61 кг магнетита с примесями, и при этом будет образовано около 742.82 кг оксида углерода(2) (CO2) при нормальных условиях. Объем CO2 составит около 349.36 л.