Номер 10, страница 17 - гдз по химии 9 класс сборник задач и упражнений Габриелян, Тригубчак

Проверьте себя. 2. Задачи на примеси и практический выход реакции - номер 10, страница 17.

Условие.

10. Каковы общие потери в процессе получения серной кислоты, если из 420 кг пирита удалось получить 603,75 кг раствора серной кислоты с массовой долей 99,42%?

Решение.

Решение 2.

Дано:

$m(\text{пирита, } FeS_2) = 420 \text{ кг}$

$m(\text{раствора } H_2SO_4) = 603,75 \text{ кг}$

$\omega(H_2SO_4) = 99,42\% = 0,9942$

Найти:

Общие потери, % - ?

Решение:

1. Запишем уравнения реакций для процесса получения серной кислоты из пирита и выведем общее стехиометрическое соотношение.

Стадия 1: Обжиг пирита с образованием сернистого газа.

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

Стадия 2: Каталитическое окисление сернистого газа до серного ангидрида.

$2SO_2 + O_2 \rightleftharpoons 2SO_3$

Стадия 3: Гидратация серного ангидрида.

$SO_3 + H_2O \rightarrow H_2SO_4$

Из этих уравнений можно установить общее мольное соотношение между исходным веществом ($FeS_2$) и конечным продуктом ($H_2SO_4$). Из 4 моль $FeS_2$ образуется 8 моль $SO_2$, из которых получается 8 моль $SO_3$, а затем 8 моль $H_2SO_4$. Следовательно, соотношение:

$n(FeS_2) : n(H_2SO_4) = 4 : 8 = 1 : 2$

Это значит, что из 1 моль пирита теоретически можно получить 2 моль серной кислоты.

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. Вычислим теоретически возможную массу серной кислоты ($m_{теор}$), которую можно получить из 420 кг пирита.

По стехиометрии, из 120 кг $FeS_2$ можно получить $2 \times 98 = 196$ кг $H_2SO_4$.

Составим пропорцию:

$m_{теор}(H_2SO_4) = \frac{420 \text{ кг} \times (2 \times 98 \text{ кг})}{120 \text{ кг}} = \frac{420 \text{ кг} \times 196 \text{ кг}}{120 \text{ кг}} = 686 \text{ кг}$

Таким образом, теоретический выход 100%-ной серной кислоты составляет 686 кг.

4. Найдем практическую массу чистой серной кислоты ($m_{практ}$), которая была получена.

$m_{практ}(H_2SO_4) = m(\text{раствора}) \times \omega(H_2SO_4)$

$m_{практ}(H_2SO_4) = 603,75 \text{ кг} \times 0,9942 = 600,2475 \text{ кг}$

5. Рассчитаем общий выход продукта ($\eta$) как отношение практической массы к теоретической.

$\eta = \frac{m_{практ}(H_2SO_4)}{m_{теор}(H_2SO_4)} = \frac{600,2475 \text{ кг}}{686 \text{ кг}} = 0,875$

В процентах общий выход составляет: $\eta = 0,875 \times 100\% = 87,5\%$.

6. Общие потери представляют собой разницу между 100% и общим выходом продукта.

Потери = $100\% - \eta(\%) = 100\% - 87,5\% = 12,5\%$

Ответ: общие потери в процессе получения серной кислоты составляют 12,5%.