Номер 5, страница 134 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 17. Научные принципы организации химического производства. Глава 4. Научные основы химического производства - номер 5, страница 134.

Условие.

5. Запишите уравнения реакций, соответствующие трём стадиям производства серной кислоты из пирита. Кратко охарактеризуйте каждую стадию.

Решение.

Решение 2.

Решение

Производство серной кислоты из пирита (колчедана) контактным способом включает три основные стадии.

Стадия 1. Обжиг пирита с получением оксида серы(IV)

На первой стадии сырьё – железный колчедан (пирит) $FeS_2$ – подвергается обжигу в печах в "кипящем слое". Это процесс окисления пирита кислородом воздуха при высокой температуре (около 800 °C). В результате реакции образуются оксид серы(IV) (сернистый газ) и твёрдый остаток – огарок, состоящий в основном из оксида железа(III). Реакция является гетерогенной (твёрдое вещество + газ), необратимой и экзотермической (протекает с выделением большого количества тепла).

Ответ: $4FeS_2 + 11O_2 \xrightarrow{t^\circ} 2Fe_2O_3 + 8SO_2 \uparrow$

Стадия 2. Окисление оксида серы(IV) до оксида серы(VI)

Полученный на первой стадии сернистый газ $SO_2$ очищают от примесей (пыли, оксидов мышьяка), которые могут "отравить" катализатор. Затем очищенный $SO_2$ в смеси с воздухом поступает в контактный аппарат, где происходит его каталитическое окисление до оксида серы(VI) (серного ангидрида) $SO_3$. Реакция является обратимой, экзотермической, каталитической и гетерогенной. В качестве катализатора обычно используют оксид ванадия(V) ($V_2O_5$). Для смещения равновесия в сторону продукта ($SO_3$) процесс ведут при оптимальной температуре 450-500 °C, повышенном давлении и с избытком кислорода.

Ответ: $2SO_2 + O_2 \overset{V_2O_5, 450-500^\circ C}{\rightleftharpoons} 2SO_3$

Стадия 3. Поглощение оксида серы(VI) с получением серной кислоты

На заключительной стадии оксид серы(VI) $SO_3$ поглощают не водой, а концентрированной (98%) серной кислотой в поглотительной башне. Прямое взаимодействие $SO_3$ с водой – сильно экзотермический процесс, приводящий к образованию тумана из мельчайших капелек серной кислоты, который трудно сконденсировать. Поглощение серного ангидрида концентрированной кислотой приводит к образованию олеума – раствора $SO_3$ в безводной серной кислоте. Затем олеум разбавляют водой до получения товарной серной кислоты необходимой концентрации.

Ответ:
1) Поглощение оксида серы(VI) и получение олеума: $SO_3 + H_2SO_4 (\text{конц.}) \rightarrow H_2S_2O_7$
2) Разбавление олеума водой до нужной концентрации: $H_2S_2O_7 + H_2O \rightarrow 2H_2SO_4$