Номер 620, страница 114 - гдз по химии 9 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

620. Массовая доля $FeS_2$ в руде составляет 84,0 %. Раствор какой максимальной массы с массовой долей $H_2SO_4$ 75,0 % можно получить из руды массой 3,50 т, если выход кислоты составляет 85,0 % ?

Дано:

$w(FeS_2) \text{ в руде} = 84,0 \% = 0,840$

$m(\text{руды}) = 3,50 \text{ т}$

$w(H_2SO_4) \text{ в растворе} = 75,0 \% = 0,750$

$\eta(H_2SO_4) = 85,0 \% = 0,850$

$m(\text{руды}) = 3,50 \text{ т} = 3500 \text{ кг}$

Найти:

$m(\text{раствора } H_2SO_4)$ - ?

Решение:

Процесс получения серной кислоты из пирита $(FeS_2)$ является многостадийным. Для стехиометрических расчетов можно использовать суммарное соотношение, вытекающее из последовательности реакций. Из 1 моль пирита $(FeS_2)$ в конечном итоге образуется 2 моль серной кислоты $(H_2SO_4)$.

$FeS_2 \rightarrow \dots \rightarrow 2H_2SO_4$

1. Определим массу чистого дисульфида железа(II) $(FeS_2)$ в 3,50 т руды. Удобнее вести расчеты в тоннах.

$m(FeS_2) = m(\text{руды}) \cdot w(FeS_2) = 3,50 \text{ т} \cdot 0,840 = 2,94 \text{ т}$

2. Рассчитаем молярные массы $FeS_2$ и $H_2SO_4$:

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

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

3. Рассчитаем теоретически возможную массу серной кислоты $(m_{теор})$, которую можно получить из 2,94 т пирита. Воспользуемся пропорцией, основанной на массах и стехиометрическом соотношении:

Из $1 \cdot M(FeS_2)$ ($120$ г) $FeS_2$ можно получить $2 \cdot M(H_2SO_4)$ ($2 \cdot 98 = 196$ г) $H_2SO_4$.

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

$m_{теор}(H_2SO_4) = m(FeS_2) \cdot \frac{2 \cdot M(H_2SO_4)}{M(FeS_2)} = 2,94 \text{ т} \cdot \frac{2 \cdot 98}{120} = 2,94 \text{ т} \cdot \frac{196}{120} = 4,802 \text{ т}$

4. Учтем практический выход продукта $(\eta)$, который составляет 85,0 %:

$m_{практ}(H_2SO_4) = m_{теор}(H_2SO_4) \cdot \eta = 4,802 \text{ т} \cdot 0,850 = 4,0817 \text{ т}$

5. Наконец, рассчитаем массу 75,0 %-го раствора серной кислоты, содержащего 4,0817 т чистой $H_2SO_4$:

$m(\text{раствора } H_2SO_4) = \frac{m_{практ}(H_2SO_4)}{w(H_2SO_4)} = \frac{4,0817 \text{ т}}{0,750} \approx 5,4423 \text{ т}$

Округляя результат до трех значащих цифр, в соответствии с точностью исходных данных, получаем 5,44 т.

Ответ: максимальная масса 75,0 % раствора серной кислоты, которую можно получить, составляет 5,44 т.