Номер 5, страница 335 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 70. Производство серной кислоты. Глава 7. Химическая технология - номер 5, страница 335.

Условие.

5. Рассчитайте массу серной кислоты, которую можно получить из 100 кг пирита, содержащего 5% пустой породы.

Решение.

Решение 2.

Дано:

$m_{руды} = 100 \text{ кг}$
$\omega_{примесей} = 5\% = 0.05$

Найти:

$m(H_2SO_4) - ?$

Решение:

Для решения задачи необходимо сначала записать уравнения химических реакций, лежащих в основе промышленного получения серной кислоты из пирита ($FeS_2$).

1. Обжиг пирита для получения сернистого газа (оксида серы(IV)):
$4FeS_2 + 11O_2 \rightarrow 2Fe_2O_3 + 8SO_2$

2. Каталитическое окисление оксида серы(IV) в оксид серы(VI) (серный ангидрид):
$2SO_2 + O_2 \rightleftharpoons 2SO_3$

3. Поглощение оксида серы(VI) водой с образованием серной кислоты:
$SO_3 + H_2O \rightarrow H_2SO_4$

Из соотношений реагентов и продуктов в этих реакциях можно вывести общую стехиометрическую схему, связывающую исходный пирит и конечный продукт — серную кислоту. Вся сера из пирита переходит в серную кислоту:
$FeS_2 \rightarrow 2SO_2 \rightarrow 2SO_3 \rightarrow 2H_2SO_4$
Из схемы видно, что из 1 моля пирита ($FeS_2$) образуется 2 моля серной кислоты ($H_2SO_4$).

Теперь выполним расчеты.

1. Определим массу чистого пирита в руде. Массовая доля примесей составляет 5%, следовательно, массовая доля чистого $FeS_2$ равна:
$\omega(FeS_2) = 100\% - 5\% = 95\% = 0.95$
Масса чистого пирита:
$m(FeS_2) = m_{руды} \times \omega(FeS_2) = 100 \text{ кг} \times 0.95 = 95 \text{ кг}$

2. Вычислим молярные массы пирита и серной кислоты, используя относительные атомные массы элементов ($Ar(H)=1, Ar(S)=32, Ar(O)=16, Ar(Fe)=56$):
$M(FeS_2) = 56 + 2 \times 32 = 120 \text{ г/моль} = 120 \text{ кг/кмоль}$
$M(H_2SO_4) = 2 \times 1 + 32 + 4 \times 16 = 98 \text{ г/моль} = 98 \text{ кг/кмоль}$

3. Найдем количество вещества (в киломолях) чистого пирита, вступившего в реакцию:
$\nu(FeS_2) = \frac{m(FeS_2)}{M(FeS_2)} = \frac{95 \text{ кг}}{120 \text{ кг/кмоль}} \approx 0.7917 \text{ кмоль}$

4. Используя стехиометрическое соотношение (из 1 моль $FeS_2$ получается 2 моль $H_2SO_4$), рассчитаем количество вещества серной кислоты:
$\nu(H_2SO_4) = 2 \times \nu(FeS_2) = 2 \times 0.7917 \text{ кмоль} = 1.5834 \text{ кмоль}$

5. Наконец, рассчитаем массу полученной серной кислоты:
$m(H_2SO_4) = \nu(H_2SO_4) \times M(H_2SO_4) = 1.5834 \text{ кмоль} \times 98 \text{ кг/кмоль} \approx 155.17 \text{ кг}$

Ответ: из 100 кг пирита, содержащего 5% пустой породы, можно получить 155,17 кг серной кислоты.