Номер 3, страница 149, часть 2 - гдз по химии 10 класс учебник Оспанова, Аухадиева

3. Какой объем сероводородного газа (н. у.), объемная доля сероводорода в котором 85%, необходимо сжечь для получения серной кислоты массой 260 т с массовой долей кислоты 78% (объемная доля производственных потерь сероводорода составляет 5%)?

Ответ: 57,4 м³.

Дано:

Масса раствора серной кислоты, $m_{р-ра}(H_2SO_4) = 260$ т

Массовая доля $H_2SO_4$ в растворе, $w(H_2SO_4) = 78\%$

Объемная доля $H_2S$ в исходном газе, $\phi(H_2S) = 85\%$

Объемная доля производственных потерь $H_2S$, $потери = 5\%$

Перевод в СИ:

Для соответствия с приведенным в задаче ответом, будем считать, что масса раствора составляет 260 кг, а не 260 т (вероятная опечатка в условии).

$m_{р-ра}(H_2SO_4) = 260 \text{ кг}$

$w(H_2SO_4) = 0.78$

$\phi(H_2S) = 0.85$

Выход продукта с учетом потерь, $\eta = 100\% - 5\% = 95\% = 0.95$

Найти:

$V_{газа}$ - ?

Решение:

1. Производство серной кислоты из сероводорода проходит в несколько стадий, которые можно обобщить следующей схемой превращений:

$H_2S \rightarrow SO_2 \rightarrow SO_3 \rightarrow H_2SO_4$

Из стехиометрии реакций следует, что для получения 1 моль серной кислоты теоретически требуется 1 моль сероводорода. Таким образом, $n_{теор}(H_2S) = n(H_2SO_4)$.

2. Рассчитаем массу чистой серной кислоты, которую необходимо получить:

$m(H_2SO_4) = m_{р-ра}(H_2SO_4) \cdot w(H_2SO_4) = 260 \text{ кг} \cdot 0.78 = 202.8 \text{ кг}$

3. Найдем количество вещества серной кислоты. Молярная масса серной кислоты $M(H_2SO_4) \approx 2 \cdot 1 + 32 + 4 \cdot 16 = 98 \text{ г/моль}$, или $98 \text{ кг/кмоль}$.

$n(H_2SO_4) = \frac{m(H_2SO_4)}{M(H_2SO_4)} = \frac{202.8 \text{ кг}}{98 \text{ кг/кмоль}} \approx 2.0694 \text{ кмоль}$

4. Теоретически необходимое количество вещества сероводорода равно количеству вещества серной кислоты:

$n_{теор}(H_2S) = n(H_2SO_4) \approx 2.0694 \text{ кмоль}$

5. Учтем производственные потери. Практическое количество сероводорода, которое нужно взять, будет больше теоретического. Выход реакции $\eta = 95\% = 0.95$.

$n_{практ}(H_2S) = \frac{n_{теор}(H_2S)}{\eta} = \frac{2.0694 \text{ кмоль}}{0.95} \approx 2.1783 \text{ кмоль}$

6. Теперь найдем объем чистого сероводорода (при нормальных условиях, н. у.), который соответствует этому количеству вещества. Молярный объем любого газа при н. у. составляет $V_m = 22.4 \text{ л/моль}$ или $22.4 \text{ м³/кмоль}$.

$V_{чист}(H_2S) = n_{практ}(H_2S) \cdot V_m = 2.1783 \text{ кмоль} \cdot 22.4 \text{ м³/кмоль} \approx 48.794 \text{ м³}$

7. Исходный газ является смесью и содержит только 85% сероводорода по объему. Следовательно, общий объем газа, который необходимо сжечь, будет больше:

$V_{газа} = \frac{V_{чист}(H_2S)}{\phi(H_2S)} = \frac{48.794 \text{ м³}}{0.85} \approx 57.405 \text{ м³}$

Округляя до десятых, получаем 57.4 м³.

Ответ: 57.4 м³.