Номер 261, страница 58 - гдз по химии 9 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

261. Одним из промышленных способов получения хлора является процесс Дикона. Данный способ получения основан на использовании хлороводорода, являющегося побочным продуктом некоторых производств. Хлороводород окисляют атмосферным кислородом при 400 °C в присутствии катализатора (хлорида меди(II)) согласно схеме:

$ \text{HCl} + \text{O}_2 \to \text{H}_2\text{O} + \text{Cl}_2 $

Рассчитайте, хлороводород какой минимальной массой, содержащий 7,50 % по массе примесей, необходим для получения хлора массой 6,00 т.

Дано:

$m(\text{Cl}_2) = 6,00 \text{ т}$

$\omega(\text{примесей в HCl}) = 7,50 \% = 0,075$

$m(\text{Cl}_2) = 6,00 \text{ т} = 6,00 \times 10^6 \text{ г}$

Найти:

$m(\text{техн. HCl}) - ?$

Решение:

1. Сначала необходимо составить и сбалансировать уравнение химической реакции окисления хлороводорода кислородом (процесс Дикона):

$4\text{HCl} + \text{O}_2 \rightarrow 2\text{H}_2\text{O} + 2\text{Cl}_2$

2. Рассчитаем молярные массы хлороводорода ($\text{HCl}$) и молекулярного хлора ($\text{Cl}_2$), используя относительные атомные массы из периодической таблицы: $Ar(\text{H}) \approx 1,0 \text{ а.е.м.}$, $Ar(\text{Cl}) \approx 35,5 \text{ а.е.м.}$

$M(\text{HCl}) = 1,0 + 35,5 = 36,5 \text{ г/моль}$

$M(\text{Cl}_2) = 2 \times 35,5 = 71,0 \text{ г/моль}$

3. Согласно уравнению реакции, из 4 моль $\text{HCl}$ образуется 2 моль $\text{Cl}_2$. Используя это соотношение, рассчитаем массу чистого хлороводорода, который теоретически необходим для получения 6,00 т хлора. Для этого составим пропорцию, основанную на массах реагентов и продуктов:

Масса 4 моль $\text{HCl}$: $4 \text{ моль} \times 36,5 \text{ г/моль} = 146 \text{ г}$

Масса 2 моль $\text{Cl}_2$: $2 \text{ моль} \times 71,0 \text{ г/моль} = 142 \text{ г}$

Пусть $m(\text{чист. HCl})$ — искомая масса чистого хлороводорода. Составим и решим пропорцию:

$\frac{m(\text{чист. HCl})}{146 \text{ г}} = \frac{6,00 \text{ т}}{142 \text{ г}}$

$m(\text{чист. HCl}) = \frac{6,00 \text{ т} \times 146}{142} \approx 6,169 \text{ т}$

4. В условии задачи указано, что используемый хлороводород содержит 7,50 % примесей. Найдем массовую долю чистого $\text{HCl}$ в техническом продукте:

$\omega(\text{чист. HCl}) = 100\% - \omega(\text{примесей}) = 100\% - 7,50\% = 92,5\% = 0,925$

5. Зная массу необходимого чистого $\text{HCl}$ и его массовую долю в техническом продукте, найдем общую массу технического хлороводорода:

$m(\text{техн. HCl}) = \frac{m(\text{чист. HCl})}{\omega(\text{чист. HCl})} = \frac{6,169 \text{ т}}{0,925} \approx 6,669 \text{ т}$

Округлим полученный результат до трех значащих цифр, как в исходных данных (6,00 и 7,50):

$m(\text{техн. HCl}) \approx 6,67 \text{ т}$

Ответ: минимальная масса хлороводорода, содержащего 7,50 % примесей, необходимая для получения 6,00 т хлора, составляет 6,67 т.