Номер 13, страница 301 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 7. Неметаллы. Параграф 42. Оксид серы(VI). Серная кислота и её соли - номер 13, страница 301.

Условие.

13. Производительность установки по производству серной кислоты составляет в среднем $1500 \text{ т}$ в сутки (в пересчёте на 100%-ную кислоту). На получение $1 \text{ т}$ серной кислоты расходуется $820 \text{ кг}$ пирита. Вычислите выход серной кислоты от теоретически возможного, если в образце пирита содержится $84 \text{ \%}$ дисульфида железа(II), а также массу пирита, который будет израсходован за сутки.

Решение.

Решение 2.

Дано:

$m_{сут}(H_2SO_4) = 1500 \text{ т}$ (суточная производительность по серной кислоте)

$m_{расх}(\text{пирита}) = 820 \text{ кг}$ (расход пирита на 1 т серной кислоты)

$m_{цел}(H_2SO_4) = 1 \text{ т}$ (масса серной кислоты, на которую дан расход)

$\omega(FeS_2) = 84 \% $ (массовая доля дисульфида железа(II) в пирите)

Перевод в систему СИ:
$m_{суг}(H_2SO_4) = 1500 \times 10^3 \text{ кг} = 1.5 \times 10^6 \text{ кг}$
$m_{цел}(H_2SO_4) = 1 \times 10^3 \text{ кг} = 1000 \text{ кг}$
$\omega(FeS_2) = 0.84$

Найти:

$\eta - ?$ (выход серной кислоты от теоретически возможного)

$m_{сут}(\text{пирита}) - ?$ (масса пирита, расходуемая за сутки)

Решение:

Процесс производства серной кислоты из пирита включает несколько стадий. Суммарное стехиометрическое соотношение можно вывести из того, что все атомы серы из дисульфида железа(II) ($FeS_2$) переходят в серную кислоту ($H_2SO_4$).

В одной молекуле $FeS_2$ содержатся 2 атома серы. В одной молекуле $H_2SO_4$ содержится 1 атом серы. Таким образом, из 1 моль $FeS_2$ теоретически можно получить 2 моль $H_2SO_4$.

Схема превращения: $FeS_2 \rightarrow 2SO_2 \rightarrow 2SO_3 \rightarrow 2H_2SO_4$

1. Вычисление выхода серной кислоты от теоретически возможного ($\eta$)

Выход продукта ($\eta$) — это отношение массы практически полученного продукта к массе продукта, который мог бы быть получен теоретически.

$\eta = \frac{m_{практ}(H_2SO_4)}{m_{теор}(H_2SO_4)} \times 100\%$

По условию, на получение 1 т (1000 кг) серной кислоты (это практический выход) расходуется 820 кг пирита. Найдем, какую массу серной кислоты можно было бы получить из 820 кг пирита теоретически.

1. Найдем массу чистого $FeS_2$ в 820 кг пирита:

$m(FeS_2) = m_{расх}(\text{пирита}) \times \omega(FeS_2) = 820 \text{ кг} \times 0.84 = 688.8 \text{ кг}$

2. Рассчитаем молярные массы $FeS_2$ и $H_2SO_4$:

$M(FeS_2) = 56 + 2 \times 32 = 120 \text{ г/моль} = 120 \text{ кг/кмоль}$

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

3. Составим пропорцию на основе стехиометрии $1 \text{ кмоль } FeS_2 \rightarrow 2 \text{ кмоль } H_2SO_4$:

Из $120 \text{ кг } FeS_2$ теоретически получается $2 \times 98 = 196 \text{ кг } H_2SO_4$.

Из $688.8 \text{ кг } FeS_2$ теоретически получается $m_{теор}(H_2SO_4)$.

$m_{теор}(H_2SO_4) = \frac{688.8 \text{ кг} \times 196 \text{ кг}}{120 \text{ кг}} = 1125.04 \text{ кг}$

4. Теперь рассчитаем выход продукта. Практически было получено 1000 кг кислоты, а теоретически возможно было получить 1125.04 кг.

$\eta = \frac{1000 \text{ кг}}{1125.04 \text{ кг}} \times 100\% \approx 88.9\%$

Ответ: Выход серной кислоты от теоретически возможного составляет 88.9%.

2. Вычисление массы пирита, который будет израсходован за сутки

Эта часть задачи решается с помощью простой пропорции, исходя из данных о расходе и суточной производительности.

На получение $1 \text{ т } H_2SO_4$ расходуется $820 \text{ кг}$ пирита.

На получение $1500 \text{ т } H_2SO_4$ расходуется $m_{сут}(\text{пирита})$.

$m_{сут}(\text{пирита}) = \frac{1500 \text{ т} \times 820 \text{ кг}}{1 \text{ т}} = 1230000 \text{ кг}$

Переведем массу в тонны для удобства:

$1230000 \text{ кг} = 1230 \text{ т}$

Ответ: За сутки будет израсходовано 1230 т пирита.