Номер 5, страница 130 - гдз по химии 9 класс учебник Шиманович, Василевская

5. Вычислите массу серной кислоты, которую можно получить из серного колчедана массой 400 т, если практический выход кислоты равен 100 %.

Дано:

$m(FeS_2) = 400 \text{ т}$ (серный колчедан)
$\eta = 100 \% = 1$

$m(FeS_2) = 400 \cdot 10^3 \text{ кг} = 4 \cdot 10^5 \text{ кг}$

Найти:

$m(H_2SO_4) - ?$

Решение:

Процесс получения серной кислоты из серного колчедана (пирита, $FeS_2$) включает в себя несколько стадий. Для расчета нам необходимо установить общее стехиометрическое соотношение между исходным веществом и конечным продуктом.

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

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

2. Окисление оксида серы(IV) до оксида серы(VI):

$2SO_2 + O_2 \rightleftharpoons 2SO_3$

3. Гидратация оксида серы(VI) до серной кислоты:

$SO_3 + H_2O \rightarrow H_2SO_4$

Проанализировав уравнения, можно сделать следующие выводы:

Из реакции (1) следует, что из 4 моль $FeS_2$ образуется 8 моль $SO_2$. То есть, количество вещества $SO_2$ в 2 раза больше количества вещества $FeS_2$.

Из реакций (2) и (3) следует, что из 1 моль $SO_2$ в конечном счете получается 1 моль $H_2SO_4$.

Таким образом, общее мольное соотношение между пиритом и серной кислотой составляет:

$FeS_2 \rightarrow 2H_2SO_4$

Это означает, что из 1 моль $FeS_2$ теоретически можно получить 2 моль $H_2SO_4$.

Рассчитаем молярные массы веществ:

$M(FeS_2) = 56 + 2 \cdot 32 = 120 \text{ г/моль}$

$M(H_2SO_4) = 2 \cdot 1 + 32 + 4 \cdot 16 = 98 \text{ г/моль}$

Для удобства расчетов будем использовать молярные массы в т/кмоль: $M(FeS_2) = 120 \text{ т/кмоль}$, $M(H_2SO_4) = 98 \text{ т/кмоль}$.

Найдем количество вещества $FeS_2$ в 400 тоннах:

$\nu(FeS_2) = \frac{m(FeS_2)}{M(FeS_2)} = \frac{400 \text{ т}}{120 \text{ т/кмоль}} = \frac{10}{3} \text{ кмоль}$

Согласно стехиометрическому соотношению, теоретическое количество вещества серной кислоты будет в 2 раза больше:

$\nu_{теор}(H_2SO_4) = 2 \cdot \nu(FeS_2) = 2 \cdot \frac{10}{3} \text{ кмоль} = \frac{20}{3} \text{ кмоль}$

Теперь найдем теоретическую массу серной кислоты:

$m_{теор}(H_2SO_4) = \nu_{теор}(H_2SO_4) \cdot M(H_2SO_4) = \frac{20}{3} \text{ кмоль} \cdot 98 \frac{\text{т}}{\text{кмоль}} = \frac{1960}{3} \text{ т} \approx 653.33 \text{ т}$

Поскольку практический выход реакции составляет 100%, то масса полученной кислоты равна теоретически возможной массе.

$m_{практ}(H_2SO_4) = m_{теор}(H_2SO_4) \cdot \eta = 653.33 \text{ т} \cdot 1 = 653.33 \text{ т}$

Ответ: масса серной кислоты, которую можно получить, составляет 653,33 т.