Номер 8, страница 134 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 17. Научные принципы организации химического производства. Глава 4. Научные основы химического производства - номер 8, страница 134.

Условие.

8. Сколько тонн серной кислоты теоретически можно получить из 1,2 т пирита?

Решение.

Решение 2.

Дано:

$m(FeS_2) = 1,2 \text{ т}$

Перевод в СИ:

$m(FeS_2) = 1,2 \cdot 10^3 \text{ кг}$

Найти:

$m(H_2SO_4) - ?$

Решение:

Процесс получения серной кислоты из пирита (дисульфида железа, $FeS_2$) является многостадийным. Для расчета теоретического выхода продукта можно рассмотреть суммарную схему превращения, основываясь на законе сохранения массы для атомов серы.

Основные стадии процесса:

1. Обжиг пирита с образованием диоксида серы: $4FeS_2 + 11O_2 \rightarrow 2Fe_2O_3 + 8SO_2$

2. Каталитическое окисление диоксида серы в триоксид серы: $2SO_2 + O_2 \rightleftharpoons 2SO_3$

3. Гидратация триоксида серы с образованием серной кислоты: $SO_3 + H_2O \rightarrow H_2SO_4$

Из уравнений видно, что все атомы серы из исходного пирита переходят в конечный продукт — серную кислоту. Молекула пирита $FeS_2$ содержит два атома серы, а молекула серной кислоты $H_2SO_4$ — один. Следовательно, из одной молекулы $FeS_2$ теоретически можно получить две молекулы $H_2SO_4$.

Суммарное стехиометрическое соотношение выглядит так:

$FeS_2 \rightarrow 2H_2SO_4$

Рассчитаем молярные массы исходного вещества и конечного продукта.

Молярная масса пирита ($FeS_2$):

$M(FeS_2) = M(Fe) + 2 \cdot M(S) = 56 + 2 \cdot 32 = 120 \text{ г/моль}$

Молярная масса серной кислоты ($H_2SO_4$):

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

Из стехиометрического соотношения следует, что из 1 моля $FeS_2$ (массой 120 г) образуется 2 моля $H_2SO_4$ (суммарной массой $2 \cdot 98 = 196$ г).

Так как расчет ведется для одних и тех же единиц массы (тонны), можно составить пропорцию:

Из $120 \text{ т}$ пирита ($FeS_2$) — теоретически получается $196 \text{ т}$ серной кислоты ($H_2SO_4$).

Из $1,2 \text{ т}$ пирита ($FeS_2$) — теоретически получается $x \text{ т}$ серной кислоты ($H_2SO_4$).

Составим и решим пропорцию:

$\frac{1,2 \text{ т}}{120 \text{ т}} = \frac{x \text{ т}}{196 \text{ т}}$

Отсюда находим $x$:

$x = \frac{1,2 \cdot 196}{120} = 0,01 \cdot 196 = 1,96 \text{ т}$

Ответ: теоретически можно получить 1,96 т серной кислоты.