Номер 126, страница 205 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

7.126. Сколько тонн серной кислоты можно получить из 400 т серного колчедана, содержащего 45% серы?

Дано:

Масса серного колчедана $m(\text{колчедана}) = 400 \text{ т}$
Массовая доля серы в колчедане $w(S) = 45\% = 0.45$

Найти:

$m(H_2SO_4) - ?$

Решение:

Процесс получения серной кислоты из серного колчедана (основной компонент - пирит, $FeS_2$) является многостадийным. Однако для решения задачи можно рассмотреть суммарную схему превращения всей серы, содержащейся в исходном сырье, в конечный продукт — серную кислоту. Предполагается, что все реакции протекают с количественным выходом.

Схематично превращение серы можно записать так:

$S \rightarrow SO_2 \rightarrow SO_3 \rightarrow H_2SO_4$

Из этой схемы видно, что из одного атома серы в конечном итоге образуется одна молекула серной кислоты. Следовательно, количество вещества серы ($n(S)$) равно количеству вещества полученной серной кислоты ($n(H_2SO_4)$):

$n(S) = n(H_2SO_4)$

1. Рассчитаем массу чистой серы, которая содержится в 400 тоннах серного колчедана.

$m(S) = m(\text{колчедана}) \times w(S) = 400 \text{ т} \times 0.45 = 180 \text{ т}$

2. Определим молярные массы серы ($S$) и серной кислоты ($H_2SO_4$), используя округленные значения атомных масс: $Ar(H)=1$, $Ar(S)=32$, $Ar(O)=16$.

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

3. Поскольку количество вещества ($n$) равно отношению массы ($m$) к молярной массе ($M$), то есть $n = m/M$, наше равенство количеств веществ можно записать в виде пропорции масс и молярных масс:

$\frac{m(S)}{M(S)} = \frac{m(H_2SO_4)}{M(H_2SO_4)}$

4. Выразим из этого уравнения массу серной кислоты и подставим известные значения. Так как в левой и правой частях уравнения молярные массы имеют одинаковую размерность (г/моль), а масса серы выражена в тоннах, то и масса серной кислоты будет получена в тоннах.

$m(H_2SO_4) = \frac{m(S) \times M(H_2SO_4)}{M(S)}$

$m(H_2SO_4) = \frac{180 \text{ т} \times 98}{32} = 551.25 \text{ т}$

Ответ: из 400 т серного колчедана, содержащего 45% серы, можно получить 551,25 т серной кислоты.