Номер 6, страница 33, часть 2 - гдз по химии 11 класс учебник Оспанова, Аухадиева

6*. Какая масса железного колчедана, содержащего 80% дисульфида железа (II), потребуется для получения 1 т 92,5%-го раствора серной кислоты если выход продукта составляет 94,4% от теоретически возможного?

Ответ: 0,75т.

Дано:

$w(\text{FeS}_2 \text{ в колчедане}) = 80\% = 0,8$

$m(\text{р-ра } \text{H}_2\text{SO}_4) = 1 \text{ т}$

$w(\text{H}_2\text{SO}_4) = 92,5\% = 0,925$

$\eta = 94,4\% = 0,944$

Перевод в СИ:

$m(\text{р-ра } \text{H}_2\text{SO}_4) = 1 \text{ т} = 1000 \text{ кг}$

Найти:

$m(\text{колчедана}) - ?$

Решение:

1. Производство серной кислоты из железного колчедана (пирита, $\text{FeS}_2$) включает несколько стадий. Суммарную стехиометрическую схему по сере можно представить так:

$\text{FeS}_2 \rightarrow 2\text{SO}_2 \rightarrow 2\text{SO}_3 \rightarrow 2\text{H}_2\text{SO}_4$

Из данной схемы видно, что из 1 моль дисульфида железа(II) теоретически образуется 2 моль серной кислоты.

2. Сначала определим практическую массу чистой серной кислоты, содержащейся в 1 тонне 92,5%-го раствора:

$m_{\text{практ}}(\text{H}_2\text{SO}_4) = m(\text{р-ра}) \cdot w(\text{H}_2\text{SO}_4) = 1 \text{ т} \cdot 0,925 = 0,925 \text{ т}$

3. Далее рассчитаем теоретическую массу серной кислоты, которую можно было бы получить при 100%-ном выходе продукта:

$m_{\text{теор}}(\text{H}_2\text{SO}_4) = \frac{m_{\text{практ}}(\text{H}_2\text{SO}_4)}{\eta} = \frac{0,925 \text{ т}}{0,944} \approx 0,97987 \text{ т}$

4. Рассчитаем молярные массы реагента и продукта:

$M(\text{FeS}_2) = 56 + 2 \cdot 32 = 120 \text{ г/моль}$

$M(\text{H}_2\text{SO}_4) = 2 \cdot 1 + 32 + 4 \cdot 16 = 98 \text{ г/моль}$

5. На основе стехиометрического соотношения ($\text{FeS}_2 \rightarrow 2\text{H}_2\text{SO}_4$) найдем массу чистого дисульфида железа(II), которая теоретически необходима для получения $0,97987$ т серной кислоты. Составим пропорцию:

По уравнению, на получение $2 \cdot M(\text{H}_2\text{SO}_4) = 2 \cdot 98 = 196$ массовых частей $\text{H}_2\text{SO}_4$ требуется $M(\text{FeS}_2) = 120$ массовых частей $\text{FeS}_2$.

$m(\text{FeS}_2) = \frac{m_{\text{теор}}(\text{H}_2\text{SO}_4) \cdot M(\text{FeS}_2)}{2 \cdot M(\text{H}_2\text{SO}_4)}$

$m(\text{FeS}_2) = \frac{0,97987 \text{ т} \cdot 120}{2 \cdot 98} = \frac{0,97987 \text{ т} \cdot 120}{196} \approx 0,6 \text{ т}$

6. Полученная масса ($0,6$ т) — это масса чистого $\text{FeS}_2$. В условии сказано, что железный колчедан содержит 80% $\text{FeS}_2$. Следовательно, масса колчедана будет больше. Найдем ее:

$m(\text{колчедана}) = \frac{m(\text{FeS}_2)}{w(\text{FeS}_2)} = \frac{0,6 \text{ т}}{0,8} = 0,75 \text{ т}$

Ответ: 0,75 т.