Номер 325, страница 69 - гдз по химии 9 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

325. Серную кислоту какой максимальной массой можно получить из серы массой 16,4 т?

Дано:

Масса серы, $m(S) = 16,4 \text{ т}$

Перевод в систему СИ:

$m(S) = 16,4 \text{ т} = 16,4 \times 10^3 \text{ кг} = 16400 \text{ кг}$

Найти:

Максимальная масса серной кислоты, $m(H_2SO_4)$ - ?

Решение:

Для нахождения максимальной массы серной кислоты ($H_2SO_4$), которую можно получить из серы ($S$), необходимо исходить из предположения, что все реакции протекают со 100% выходом, то есть вся сера без потерь превращается в серную кислоту.

Процесс получения серной кислоты из серы (контактный способ) можно описать следующими основными стадиями химических реакций:

1) Сжигание серы для получения диоксида серы:

$S + O_2 \rightarrow SO_2$

2) Каталитическое окисление диоксида серы в триоксид серы:

$2SO_2 + O_2 \xrightarrow{V_2O_5} 2SO_3$

3) Поглощение триоксида серы водой (в промышленности — концентрированной серной кислотой с последующим разбавлением) для получения серной кислоты:

$SO_3 + H_2O \rightarrow H_2SO_4$

Из уравнений реакций видно, что из одного моля атомов серы ($S$) в конечном итоге образуется один моль молекул серной кислоты ($H_2SO_4$). Это означает, что количество вещества серы равно количеству вещества серной кислоты:

$n(S) = n(H_2SO_4)$

Количество вещества ($n$) связано с массой ($m$) и молярной массой ($M$) формулой $n = \frac{m}{M}$. Таким образом, мы можем составить пропорцию:

$\frac{m(S)}{M(S)} = \frac{m(H_2SO_4)}{M(H_2SO_4)}$

Вычислим молярные массы серы и серной кислоты, используя относительные атомные массы из периодической таблицы химических элементов: $Ar(S) \approx 32$, $Ar(H) \approx 1$, $Ar(O) \approx 16$.

$M(S) = 32 \text{ г/моль}$ (или $32 \text{ кг/кмоль}$)

$M(H_2SO_4) = 2 \times Ar(H) + Ar(S) + 4 \times Ar(O) = 2 \times 1 + 32 + 4 \times 16 = 98 \text{ г/моль}$ (или $98 \text{ кг/кмоль}$)

Теперь выразим искомую массу серной кислоты из составленной пропорции:

$m(H_2SO_4) = m(S) \times \frac{M(H_2SO_4)}{M(S)}$

Подставим известные значения. Расчет можно вести в тоннах, так как отношение молярных масс является безразмерной величиной.

$m(H_2SO_4) = 16,4 \text{ т} \times \frac{98}{32}$

$m(H_2SO_4) = 16,4 \text{ т} \times 3,0625$

$m(H_2SO_4) = 50,225 \text{ т}$

Для проверки можно провести расчеты с использованием системы СИ.

1. Найдем количество вещества серы:

$n(S) = \frac{m(S)}{M(S)} = \frac{16400 \text{ кг}}{32 \text{ кг/кмоль}} = 512,5 \text{ кмоль}$

2. Так как $n(H_2SO_4) = n(S)$, то $n(H_2SO_4) = 512,5 \text{ кмоль}$.

3. Найдем массу серной кислоты в килограммах:

$m(H_2SO_4) = n(H_2SO_4) \times M(H_2SO_4) = 512,5 \text{ кмоль} \times 98 \text{ кг/кмоль} = 50225 \text{ кг}$

4. Переведем массу обратно в тонны:

$50225 \text{ кг} = 50,225 \text{ т}$

Ответ: из серы массой 16,4 т можно получить 50,225 т серной кислоты.