화학량론적 계산. Fe2O3(s) + 2Al(s) → 2Fe(l) + Al2O3(s)

화학량론적 계산. Fe2O3(s) + 2Al(s) → 2Fe(l) + Al2O3(s)

 

 

여러 해 동안 테르밋 반응은 기차 레일의 용접, 소이탄이나 고체연료를 이용한 모터의 시동을 위하여 이용되었다. 그 반응은 다음과 같다.

Fe2O3(s) + 2Al(s) → 2Fe(l) + Al2O3(s)

15.0 g의 철을 얻기 위하여 사용해야 할 산화철(III)과 알루미늄의 질량을 구하라.

그리고 생성물인 산화알루미늄의 최대량은 얼마인가?

 

 

Over the years, the thermite reaction has been used for welding railroad rails, in incendiary bombs, and to ignite solid-fuel rocket motors. The reaction is

Fe2O3(s) + 2Al(s) → 2Fe(l) + Al2O3(s)

What masses of iron(III) oxide and aluminum must be used to produce 15.0 g of iron? What is the mass of aluminum oxide that would be produced?

 

 

 

Fe의 몰질량 = 55.845 g/mol 이므로,

15.0 g Fe의 몰수를 계산하면,

15.0 g / (55.845 g/mol) = 0.2686 mol Fe

( 참고 https://ywpop.tistory.com/7738 )

 

 

 

Fe2O3 + 2Al → 2Fe + Al2O3

Fe2O3 : Al : Fe : Al2O3 = 1 : 2 : 2 : 1 계수비(몰수비) 이므로,

 

0.2686 mol Fe 생성에 필요한 Fe2O3의 몰수를 계산하면,

Fe2O3 : Fe = 1 : 2 = ? mol : 0.2686 mol

? = 0.2686 / 2 = 0.1343 mol Fe2O3

 

 

0.2686 mol Fe 생성에 필요한 Al의 몰수를 계산하면,

Al : Fe = 1 : 1 = ? mol : 0.2686 mol

? = 0.2686 mol Al

 

 

0.2686 mol Fe 생성될 때 생성되는 Al2O3의 몰수는

Fe : Al2O3 = 2 : 1 = 0.2686 mol : ? mol

? = 0.2686 / 2 = 0.1343 mol Al2O3

 

 

 

각 물질의 몰수를 질량으로 환산하면,

 

0.1343 mol × (159.69 g/mol) = 21.45 g Fe2O3

( Fe2O3의 몰질량 = 159.69 g/mol )

 

 

0.2686 mol × (26.98 g/mol) = 7.25 g Al

( Al의 몰질량 = 26.98 g/mol )

 

 

0.1343 mol × (101.96 g/mol) = 13.69 g Al2O3

( Al2O3의 몰질량 = 101.96 g/mol )

 

 

 

답: 21.45 g Fe2O3, 7.25 g Al, 13.69 g Al2O3

 

 

 

 

[참고] 유효숫자를 고려하면,

> (15.0 g Fe) / (55.85) / (2) (159.69) = 21.4 g Fe2O3

> (15.0 g Fe) / (55.85) / (1) (26.98) = 7.25 g Al

> (15.0 g Fe) / (55.85) / (2) (101.96) = 13.7 g Al2O3

 

 

 

 

[참고] “생성물의 최대량”의 의미

> 최대량 = 화학량론적으로, 즉 이론적으로 생성 가능한 양.

 

> 이게 왜 최대량인가? 하면,

실제 화학 반응은 아무리 조건을 잘 맞춰도

100% 반응이 일어나지 않기 때문이다.

 

> 즉, 100개 Fe2O3와 200개 Al을 반응시키면,

최대 100개의 Al2O3가 생성될 것으로 계산되지만,

실제로는 80~90개 밖에 생성되지 않는다는 것이다.

 

 

[ 관련 글 https://ywpop.tistory.com/9125 ] 수율 100%는 가능한가?

 

[ 관련 글 https://ywpop.tistory.com/61 ] 한계 반응물과 수득률

 

 

 

 

[키워드] 테르밋 반응 기준, 테르밋 기준