Номер 5, страница 198 - гдз по химии 11 класс учебник Рудзитис, Фельдман

Подумайте, ответьте, выполните.... Параграф 43. Химия в промышленности. Принципы химического производства. Глава VIII. Химия и жизнь - номер 5, страница 198.

Условие.

5. Какую массу серной кислоты можно получить из 16 т руды, содержащей 60 % дисульфида железа $FeS_2$?

Решение.

Решение 2.

Дано:

$m(\text{руды}) = 16 \text{ т}$
$ω(\text{FeS}_2) = 60 \% \text{ или } 0.6$

Перевод в систему СИ:
$m(\text{руды}) = 16 \times 10^3 \text{ кг} = 16000 \text{ кг}$

Найти:

$m(\text{H}_2\text{SO}_4) - ?$

Решение:

1. Найдем массу чистого дисульфида железа (пирита) $FeS_2$ в руде:
$m(\text{FeS}_2) = m(\text{руды}) \times ω(\text{FeS}_2)$
$m(\text{FeS}_2) = 16 \text{ т} \times 0.6 = 9.6 \text{ т}$
Переведем массу в килограммы для удобства расчетов с молярной массой:
$m(\text{FeS}_2) = 9.6 \times 1000 = 9600 \text{ кг}$

2. Запишем уравнения реакций получения серной кислоты из пирита. Процесс состоит из трех основных стадий:
1) Обжиг пирита с получением оксида серы(IV):
$4\text{FeS}_2 + 11\text{O}_2 \rightarrow 2\text{Fe}_2\text{O}_3 + 8\text{SO}_2$
2) Окисление оксида серы(IV) до оксида серы(VI):
$2\text{SO}_2 + \text{O}_2 \xrightarrow{V_2O_5} 2\text{SO}_3$
3) Гидратация оксида серы(VI) с получением серной кислоты:
$\text{SO}_3 + \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{H}_2\text{SO}_4$
Из уравнений видно, что из 4 моль $FeS_2$ получается 8 моль $SO_2$, затем из 8 моль $SO_2$ получается 8 моль $SO_3$, и, наконец, из 8 моль $SO_3$ образуется 8 моль $H_2SO_4$.
Таким образом, итоговое мольное соотношение между исходным веществом и конечным продуктом:
$n(\text{FeS}_2) : n(\text{H}_2\text{SO}_4) = 4 : 8 = 1 : 2$
Это означает, что из одного моля дисульфида железа можно получить два моля серной кислоты.
$\text{FeS}_2 \rightarrow 2\text{H}_2\text{SO}_4$

3. Рассчитаем молярные массы $FeS_2$ и $H_2SO_4$:
$M(\text{FeS}_2) = M(\text{Fe}) + 2 \times M(\text{S}) \approx 56 + 2 \times 32 = 120 \text{ г/моль} = 120 \text{ кг/кмоль}$
$M(\text{H}_2\text{SO}_4) = 2 \times M(\text{H}) + M(\text{S}) + 4 \times M(\text{O}) \approx 2 \times 1 + 32 + 4 \times 16 = 98 \text{ г/моль} = 98 \text{ кг/кмоль}$

4. Найдем количество вещества (в киломолях) $FeS_2$, содержащегося в 9600 кг:
$n(\text{FeS}_2) = \frac{m(\text{FeS}_2)}{M(\text{FeS}_2)} = \frac{9600 \text{ кг}}{120 \text{ кг/кмоль}} = 80 \text{ кмоль}$

5. Используя стехиометрическое соотношение, найдем количество вещества серной кислоты, которое можно получить:
$n(\text{H}_2\text{SO}_4) = 2 \times n(\text{FeS}_2) = 2 \times 80 \text{ кмоль} = 160 \text{ кмоль}$

6. Рассчитаем массу серной кислоты:
$m(\text{H}_2\text{SO}_4) = n(\text{H}_2\text{SO}_4) \times M(\text{H}_2\text{SO}_4) = 160 \text{ кмоль} \times 98 \text{ кг/кмоль} = 15680 \text{ кг}$
Переведем массу обратно в тонны:
$m(\text{H}_2\text{SO}_4) = 15680 \text{ кг} = 15.68 \text{ т}$

Ответ: из 16 т руды можно получить 15.68 т серной кислоты.