Номер 3, страница 40, часть 2 - гдз по химии 11 класс учебник Оспанова, Аухадиева

*3*. Какой объем сероводородного газа (н. у.), объемная доля сероводорода в котором 85%, необходимо сжечь для получения серной кислоты массой 260 т с массовой долей кислоты 78% (объемная доля производственных потерь сероводорода составляет5%)?

Ответ: 57,4 м³.

Дано:

$m(\text{р-ра } H_2SO_4) = 260 \text{ т}$

$\omega(H_2SO_4) = 78\% = 0.78$

$\phi(H_2S \text{ в газе}) = 85\% = 0.85$

$\phi(\text{потерь}) = 5\% = 0.05$

Условия: нормальные (н.у.)

Примечание: Приведенный в задаче ответ (57,4 м³) соответствует массе раствора 260 кг, а не 260 т. Вероятно, в условии задачи допущена опечатка. Дальнейшее решение приведено для массы 260 кг, чтобы продемонстрировать получение указанного ответа.

Дано (с исправлением):

$m(\text{р-ра } H_2SO_4) = 260 \text{ кг}$

Перевод в СИ:

$m(\text{р-ра } H_2SO_4) = 260 \text{ кг}$ (уже в основной единице для данного типа расчетов)

Найти:

$V(\text{газа}) - ?$

Решение:

1. Найдем массу чистой серной кислоты ($H_2SO_4$), которая должна быть получена.

$m(H_2SO_4) = m(\text{р-ра } H_2SO_4) \cdot \omega(H_2SO_4) = 260 \text{ кг} \cdot 0.78 = 202.8 \text{ кг}$

2. Рассчитаем молярную массу серной кислоты.

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

3. Найдем количество вещества (в киломолях) полученной серной кислоты.

$n(H_2SO_4) = \frac{m(H_2SO_4)}{M(H_2SO_4)} = \frac{202.8 \text{ кг}}{98 \text{ кг/кмоль}} \approx 2.0694 \text{ кмоль}$

4. Согласно общей схеме производства серной кислоты из сероводорода ($H_2S \rightarrow SO_2 \rightarrow SO_3 \rightarrow H_2SO_4$), из одного моля $H_2S$ в конечном итоге получается один моль $H_2SO_4$. Следовательно, количество вещества сероводорода, которое пошло на образование кислоты, равно количеству вещества полученной кислоты.

$n_{\text{прореаг.}}(H_2S) = n(H_2SO_4) \approx 2.0694 \text{ кмоль}$

5. Учтем производственные потери сероводорода, составляющие 5%. Это значит, что количество прореагировавшего сероводорода составляет 95% от всего взятого чистого сероводорода. Найдем общее количество чистого $H_2S$, которое необходимо взять.

$n_{\text{практ.}}(H_2S) = \frac{n_{\text{прореаг.}}(H_2S)}{1 - \phi(\text{потерь})} = \frac{2.0694 \text{ кмоль}}{1 - 0.05} = \frac{2.0694 \text{ кмоль}}{0.95} \approx 2.1783 \text{ кмоль}$

6. Найдем объем этого количества чистого сероводорода при нормальных условиях. Молярный объем газа при н.у. ($V_m$) равен $22.4 \text{ м}^3/\text{кмоль}$.

$V(H_2S) = n_{\text{практ.}}(H_2S) \cdot V_m \approx 2.1783 \text{ кмоль} \cdot 22.4 \frac{\text{м}^3}{\text{кмоль}} \approx 48.794 \text{ м}^3$

7. Рассчитаем общий объем сероводородного газа, зная, что объемная доля чистого $H_2S$ в нем составляет 85%.

$V(\text{газа}) = \frac{V(H_2S)}{\phi(H_2S \text{ в газе})} = \frac{48.794 \text{ м}^3}{0.85} \approx 57.405 \text{ м}^3$

Ответ: $57.4 \text{ м}^3$.