Номер 860, страница 151 - гдз по химии 9 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

860. Образовавшийся в производственном процессе сероводород может ухудшить качество продукции, вызвать коррозию металлов, отравление катализаторов и загрязнить окружающую среду. В связи с этим необходимо очищать используемые в промышленности газы от примеси $H_2S$. Один из способов очистки основан на использовании раствора карбоната натрия с массовой долей $Na_2CO_3$ 3 %. Сероводород реагирует с карбонатом натрия согласно уравнению: $H_2S + Na_2CO_3 = NaHCO_3 + NaHS$. Затем через образовавшийся раствор солей продувают воздух. При этом протекают реакции: $2NaHS + O_2 \to 2NaOH + 2S\downarrow$; $NaOH + NaHCO_3 \to Na_2CO_3 + H_2O$. Укажите преимущества такого способа очистки газов от сероводорода. Сера какой массой может быть получена при очистке газа объёмом 240 м³ от сероводорода с объёмной долей $H_2S$ 0,25 %, если практический выход серы в этом процессе равен 92,0 %.

Укажите преимущества такого способа очистки газов от сероводорода.

Данный способ очистки газов от сероводорода является циклическим, что обуславливает его основные преимущества:

1. Регенерация поглотителя. Карбонат натрия ($Na_2CO_3$), используемый для поглощения сероводорода, регенерируется в процессе и может быть использован повторно. Это видно из суммарного процесса: поглотитель ($Na_2CO_3$) вступает в реакцию на первом этапе и образуется снова на последнем. Такой подход значительно снижает расход реагентов, что делает процесс более экономически выгодным.
2. Получение ценного продукта. В результате процесса токсичный сероводород превращается в элементарную серу ($S$), которая является твердым веществом, легко отделяемым от раствора (например, фильтрованием). Сера — востребованный продукт в химической промышленности, и её продажа может компенсировать затраты на очистку газа.
3. Экологичность. Происходит превращение опасного загрязнителя ($H_2S$) в полезный и нетоксичный продукт ($S$), что уменьшает вредное воздействие на окружающую среду.

Ответ: Основные преимущества метода: 1) регенерация и многократное использование реагента-поглотителя ($Na_2CO_3$), что снижает его расход; 2) получение товарного продукта — элементарной серы ($S$) — вместо отходов, требующих утилизации, что делает процесс экономически более выгодным и экологичным.

Сера какой массой может быть получена при очистке газа объёмом 240 м³ от сероводорода с объёмной долей H₂S 0,25 %, если практический выход серы в этом процессе равен 92,0 %.

Дано:

$V_{газа} = 240 \text{ м}^3$

$\phi(H_2S) = 0.25 \% = 0.0025$

$\eta(S) = 92.0 \% = 0.92$

Найти:

$m_{практ}(S)$ — ?

Решение:

Процесс очистки описывается следующими уравнениями реакций:

$H_2S + Na_2CO_3 = NaHCO_3 + NaHS$ (1)

$2NaHS + O_2 \rightarrow 2NaOH + 2S\downarrow$ (2)

$NaOH + NaHCO_3 \rightarrow Na_2CO_3 + H_2O$ (3)

Чтобы получить суммарное уравнение процесса, необходимо сложить реакции так, чтобы промежуточные вещества сократились. Из реакции (1) видно, что 1 моль $H_2S$ даёт 1 моль $NaHS$ и 1 моль $NaHCO_3$. Для реакции (2) требуется 2 моль $NaHS$, значит, нужно взять 2 моль $H_2S$. Удвоим реакции (1) и (3):

$2H_2S + 2Na_2CO_3 \rightarrow 2NaHCO_3 + 2NaHS$

$2NaHS + O_2 \rightarrow 2NaOH + 2S\downarrow$

$2NaOH + 2NaHCO_3 \rightarrow 2Na_2CO_3 + 2H_2O$

Сложив эти три уравнения, получим итоговое уравнение процесса, в котором $Na_2CO_3$ регенерируется:

$2H_2S + O_2 \rightarrow 2S\downarrow + 2H_2O$

Из суммарного уравнения следует, что из 2 моль сероводорода образуется 2 моль серы, следовательно, их молярное соотношение $n(H_2S) : n(S) = 1:1$.

1. Рассчитаем объём чистого сероводорода ($H_2S$) в газовой смеси:

$V(H_2S) = V_{газа} \times \phi(H_2S) = 240 \text{ м}^3 \times 0.0025 = 0.6 \text{ м}^3$

2. Найдём количество вещества сероводорода, приняв условия нормальными (н.у.), где молярный объем газа $V_m = 22.4 \text{ л/моль} = 0.0224 \text{ м}^3/\text{моль}$:

$n(H_2S) = \frac{V(H_2S)}{V_m} = \frac{0.6 \text{ м}^3}{0.0224 \text{ м}^3/\text{моль}} \approx 26.786 \text{ моль}$

3. Теоретическое количество вещества серы $n_{теор}(S)$ равно количеству вещества сероводорода:

$n_{теор}(S) = n(H_2S) \approx 26.786 \text{ моль}$

4. Рассчитаем теоретическую массу серы. Молярная масса серы $M(S) \approx 32.06 \text{ г/моль}$.

$m_{теор}(S) = n_{теор}(S) \times M(S) \approx 26.786 \text{ моль} \times 32.06 \text{ г/моль} \approx 858.8 \text{ г}$

5. Определим практическую массу серы с учётом заданного выхода реакции:

$m_{практ}(S) = m_{теор}(S) \times \eta(S) \approx 858.8 \text{ г} \times 0.920 \approx 790.1 \text{ г}$

Массу можно выразить в килограммах: $790.1 \text{ г} \approx 0.790 \text{ кг}$.

Ответ: может быть получено $790.1$ г (или $0.790$ кг) серы.