Номер 6, 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 6, страница 198.

Условие.

6. Сколько тонн 98 %-ного раствора серной кислоты можно получить из 2,4 т пирита?

Решение.

Решение 2.

Дано:

$m(FeS_2) = 2.4 \text{ т}$ (пирит)

$\omega(H_2SO_4) = 98\% = 0.98$

Перевод в систему СИ:

$m(FeS_2) = 2.4 \text{ т} = 2400 \text{ кг}$

Найти:

$m(\text{раствора } H_2SO_4) - ?$

Решение:

Процесс получения серной кислоты из пирита (дисульфида железа $FeS_2$) в промышленности включает три основные стадии:

1. Обжиг пирита с получением оксида серы(IV):

$4FeS_2 + 11O_2 \rightarrow 2Fe_2O_3 + 8SO_2$

2. Каталитическое окисление оксида серы(IV) в оксид серы(VI):

$2SO_2 + O_2 \rightleftharpoons 2SO_3$

3. Поглощение оксида серы(VI) водой для образования серной кислоты:

$SO_3 + H_2O \rightarrow H_2SO_4$

Чтобы найти массу серной кислоты, которую можно получить из данной массы пирита, установим общее стехиометрическое соотношение между $FeS_2$ и $H_2SO_4$.

Из уравнений следует, что:

из 4 моль $FeS_2$ образуется 8 моль $SO_2$ (реакция 1);

из 8 моль $SO_2$ образуется 8 моль $SO_3$ (реакция 2);

из 8 моль $SO_3$ образуется 8 моль $H_2SO_4$ (реакция 3).

Таким образом, из 4 моль пирита теоретически образуется 8 моль серной кислоты. Соотношение их количеств вещества составляет:

$\nu(FeS_2) : \nu(H_2SO_4) = 4 : 8 = 1 : 2$

Рассчитаем молярные массы $FeS_2$ и $H_2SO_4$:

$M(FeS_2) = 55.8 + 2 \cdot 32.1 = 120 \text{ г/моль}$

$M(H_2SO_4) = 2 \cdot 1.0 + 32.1 + 4 \cdot 16.0 = 98.1 \text{ г/моль}$

(Для упрощения расчетов можно использовать округленные значения: $M(FeS_2) = 120 \text{ г/моль}$ и $M(H_2SO_4) = 98 \text{ г/моль}$)

Теперь можно составить пропорцию для масс. Из $1 \cdot 120 = 120$ весовых частей $FeS_2$ получается $2 \cdot 98 = 196$ весовых частей $H_2SO_4$. Расчет можно вести в тоннах, так как соотношение масс не зависит от единицы измерения.

Найдем массу чистой (100%-ной) серной кислоты ($m_{чист}(H_2SO_4)$), которую можно получить из 2,4 т пирита:

$\frac{m(FeS_2)}{1 \cdot M(FeS_2)} = \frac{m_{чист}(H_2SO_4)}{2 \cdot M(H_2SO_4)}$

$\frac{2.4 \text{ т}}{120} = \frac{m_{чист}(H_2SO_4)}{196}$

Отсюда выражаем массу чистой серной кислоты:

$m_{чист}(H_2SO_4) = \frac{2.4 \text{ т} \cdot 196}{120} = 0.02 \cdot 196 \text{ т} = 3.92 \text{ т}$

Это масса чистой серной кислоты. Теперь найдем массу 98%-ного раствора, который содержит 3,92 т кислоты. Масса раствора ($m_{р-ра}$) вычисляется по формуле:

$m_{р-ра} = \frac{m_{чист}}{\omega}$

где $\omega$ — массовая доля растворенного вещества.

$m(\text{раствора } H_2SO_4) = \frac{3.92 \text{ т}}{0.98} = 4 \text{ т}$

Ответ: из 2,4 т пирита можно получить 4 тонны 98%-ного раствора серной кислоты.