Уравнение реакции:

1) Fe + I₂ → FeI₂

Изначально в замкнутом сосуде нагрели железо с йодом. В результате этого происходит химическая реакция, согласно 1 уравнению. Однако неизвестно какой из реагентов находится в недостатке или же все вещества прореагировали полностью без остатка. Выясним это, исходя из массового соотношения веществ:

m (Fe) / m (I₂) = 1 / 2,54;

(n (Fe) * M (Fe)) / (n (I₂) * M (I₂)) = 1 / 2,54; Количество веществ на данном этапе неизвестно, однако мы можем найти молярные массы веществ:

(n (Fe) * 56 (г/моль)) / (n (I₂) * 254 (г/моль)) = 1 / 2,54; Преобразуем выражение, используя свойства дробей.

(n (Fe) / n (I₂)) * (56 (г/моль) / 254 (г/моль)) = 1 / 2,54;

n (Fe) / n (I₂) = (1 * 254 (г/моль)) / (2,54 * 56 (г/моль)) = 1 / 0,56. Мы нашли количественное соотношение веществ.

Так как соотношение коэффициентов реагентов в первом уравнении составляет 1:1, то из этого следует, что в реакции участвует одинаковое количество железа и йода. Однако из найденного выше соотношения количеств реагентов до реакции следует, что железо было в избытке, поэтому после первой реакции останутся лишь железо и йодид железа.

Уравнения реакций после добавления раствора хлорида меди:

2) Fe + CuCl₂ → Cu + FeCl₂

3) 2CuCl₂ + 2FeI₂ → 2CuI + I₂ + 2FeCl₂

Конечный раствор после всех превращений содержал лишь одно растворимое вещество - хлорид железа, т.к. он непосредственно выделяется в последних реакциях, следовательно, в результате 2 и 3 реакции железо, хлорид меди и йодид железа расходуются полностью без остатка. Выделенные вещества - медь, йод, йодид меди не притягиваются магнитом. Простое вещество-металл, выделившееся в результате реакций с хлоридом меди, является медью. Найдем ее количество:

n (Cu) = m (Cu) / M (Cu) = 14,08 г / 64 (г/моль) = 0,22 моль.

Во второй реакции соотношение коэффициентов железа и меди составляет 1:1, следовательно, их количество одинаково: n (Cu) = n (Fe) _{2 реакции} = 0,22 моль. Железо во второй реакции - остатки железа из первой реакции. Изначальное количественное соотношение железа и йода составляло 1 : 0,56, то есть на каждый моль железа приходилось в смеси 0,56 моль йода. В результате первой реакции йод прореагировал полностью с таким же количеством железа, то есть количество оставшего железа из соотношения: 1 - 0,56 = 0,44, то есть с каждого моля железа осталось бы 0,44 моль. Выше из количества меди мы нашли именно это остаточное количество железа, то есть такое количество железа, которому из соотношения соответствует 0,44. Из этого мы можем найти количество железа, которое прореагировало в первой реакции через пропорцию:

Пусть х - количество железа, вступившего во взаимодействие в первом уравнении реакции, тогда:

0,22 моль соответствует 0,44

х моль соответствует 0,56

х моль = (0,56 * 0,22 (моль)) / 0,44 = 0,28 моль. Это количество железа, вступившего в 1 реакцию.

Так как соотношение в первой реакции йода и железа составляет 1:1, то n (Fe) _{прореаг. в  1} = n (FeI₂)_{1 реакции} = 0,28 моль

Далее, весь полученный йодид железа полностью прореагировал с хлоридом меди, найдем количество хлорида железа, выделившегося в 3 взаимодействии:

Так как соотношение коэффициентов йодида железа и хлорида железа составляет 2:2, то есть 1:1, то количество йодида железа и выделившегося в 3 реакции хлорида железа одинаково.

n (FeI₂) = n (FeCl₂) = 0,28 моль.

Зная количество меди, мы сможем найти количество хлорида железа, выделившегося во второй реакции:

Соотношение их коэффициентов составляет 1:1, следовательно, их количество равно. n (Cu) = n (FeCl₂) _{2 реак.} = 0,22 моль.

Хлорид железа появляется в растворе только в результате 2 и 3 реакции, значит его общее количество будет равно:

 n (FeCl₂) _общ. = n (FeCl₂) _{2 реак.} + n (FeCl₂) _3 реак. = 0,22 моль + 0,28 моль = 0,5 моль.

Найдем массу всего хлорида железа: m (FeCl₂) _общ. = n (FeCl₂) _общ. * M (FeCl₂) = 0,5 моль * 127 (г/моль) = 63,5 г. Это первый компонент итогового действия задачи (вычисление массовой доли хлорида железа в конечном растворе). Второй компонент итогового действия - масса конечного раствора. Определимся из чего состоит конечный раствор: изначально была смесь железа и йода, к ней добавили раствор хлорида меди известной по условию массы, затем из раствора убрали медь, йодид меди и йод, после этого получается наш конечный раствор. Чтобы вычислить массу конечного раствора нужно найти массы всех перечисленных веществ.

Найдем общее количество железа, благо ранее мы уже нашли нужные для этого количества:

n (Fe) _общ. = n (Fe) _{прореаг. в  1} + n (Fe) _{2 реакции} = 0,28 моль + 0,22 моль = 0,5 моль. Из этого количества найдем общую массу: m (Fe) _общ. = n (Fe) _общ. * M (Fe) = 0,5 моль * 56 (г/моль) = 28 г.

Найдем изначальное количество йода: в 1 реакции соотношение коэффициентов йодида железа и йода составляет 1:1, следовательно, n (I₂) _изнач. = n (FeI₂) = 0,28 моль. Найдем массу изначального йода: m (I₂) _изнач. = n (I₂) _изнач. * M (I₂) = 0,28 моль * 254 (г/моль) = 71,12 г.

Из условия мы уже знаем массу меди: 14,08 г. В 3 реакции соотношение коэффициентов йодида железа, йодида меди и йода составляет 2:2:1, следовательно, n (CuI) = n (FeI₂) = 0,28 моль и n (I₂) _{3 реакции} = 0,5 * n (FeI₂) = 0,28 моль * 0,5 = 0,14 моль. Масса йодида меди: m (CuI) = n (CuI) * M (CuI) = 0,28 моль * 191 (г/моль) = 53,48 г. Масса выделившегося в 3 реакции йода: m (I₂) _{3 реакции} = n (I₂) _{3 реакции} * M (I₂) = 0,14 моль * 254 (г/моль) = 35,56 г.

Найдем массу конечного раствора:

m (кон р-ра) = m (Fe) _общ. + m (I₂) _изнач. + m (р-ра CuCl₂) - m (Cu) - m (CuI) - m (I₂) _{3 реакции} = 28 г + 71,12 г + 337,5 г - 14,08 г - 53,48 г - 35,56 г = 333,5 г. Это второй компонент итогового действия.

Найдем масссовую долю растворенного вещества (хлорида железа) в конечном растворе:

w (FeCl₂) = (m (FeCl₂) _общ. / m (кон р-ра)) * 100% = (63,5 г / 333,5 г) * 100% ≈ 19%.

Итак, массовая доля хлорида железа в конечном растворе составляет 19%. Это наш ответ.