Номер 6, страница 39 - гдз по химии 10 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 5. Расчёты по уравнениям химических реакций. Глава 1. Повторение и углубление знаний - номер 6, страница 39.

Условие.

6. Определите массу серной кислоты, которую можно получить из 1 т цинковой обманки ZnS, если суммарный выход продуктов всех реакций составляет 60%.

Решение.

Решение 2.

Дано:

масса цинковой обманки $m(ZnS) = 1 \text{ т}$

суммарный выход продуктов $\eta = 60\%$

Перевод в СИ:

$m(ZnS) = 1 \text{ т} = 1000 \text{ кг}$

$\eta = 0.6$

Найти:

массу серной кислоты $m_{практ}(H_2SO_4) - ?$

Решение:

Процесс получения серной кислоты из сульфида цинка (цинковой обманки) является многостадийным. Запишем основные уравнения реакций:

1. Обжиг сульфида цинка для получения оксида серы(IV):

$2ZnS + 3O_2 \rightarrow 2ZnO + 2SO_2$

2. Каталитическое окисление оксида серы(IV) в оксид серы(VI) в присутствии катализатора (например, $V_2O_5$):

$2SO_2 + O_2 \rightleftharpoons 2SO_3$

3. Поглощение оксида серы(VI) водой с образованием серной кислоты (в промышленном синтезе для этого используют концентрированную серную кислоту, получая олеум, который затем разбавляют водой):

$SO_3 + H_2O \rightarrow H_2SO_4$

Из последовательности этих реакций можно составить общую стехиометрическую схему превращения серы:

$ZnS \rightarrow SO_2 \rightarrow SO_3 \rightarrow H_2SO_4$

Из схемы видно, что из 1 моля сульфида цинка ($ZnS$) теоретически образуется 1 моль серной кислоты ($H_2SO_4$). Следовательно, их количества вещества равны:

$\nu(ZnS) = \nu_{теор}(H_2SO_4)$

Рассчитаем молярные массы исходного вещества и конечного продукта, используя округленные значения атомных масс: $Ar(Zn)=65$, $Ar(S)=32$, $Ar(H)=1$, $Ar(O)=16$.

$M(ZnS) = 65 + 32 = 97 \text{ г/моль} = 97 \text{ кг/кмоль}$

$M(H_2SO_4) = 2 \cdot 1 + 32 + 4 \cdot 16 = 98 \text{ г/моль} = 98 \text{ кг/кмоль}$

Теперь определим теоретически возможную массу серной кислоты ($m_{теор}$), которую можно получить из 1000 кг $ZnS$. Для этого составим пропорцию на основе масс и молярных масс:

Из $97 \text{ кг } ZnS$ можно получить $98 \text{ кг } H_2SO_4$.

Из $1000 \text{ кг } ZnS$ можно получить $m_{теор}(H_2SO_4)$.

$m_{теор}(H_2SO_4) = \frac{1000 \text{ кг} \cdot 98 \text{ кг/кмоль}}{97 \text{ кг/кмоль}} \approx 1010.31 \text{ кг}$

Практический выход продукта ($m_{практ}$) по условию задачи составляет 60% от теоретически возможного. Рассчитаем практическую массу полученной серной кислоты:

$m_{практ}(H_2SO_4) = m_{теор}(H_2SO_4) \cdot \eta$

$m_{практ}(H_2SO_4) = 1010.31 \text{ кг} \cdot 0.6 = 606.186 \text{ кг}$

Округлим полученный результат до десятых.

Ответ: масса серной кислоты, которую можно получить, составляет $606.2 \text{ кг}$.