Задачи на вычисление выхода (массовой доли выхода) продукта

Пример 28. Для производства 142,3 кг аммиачной селитры использовали аммиак объемом 50 м³ (н.у.) и 160 л 65%-ного раствора азотной кислоты (плотность раствора 1391 кг/м³). Определите выход продукта реакции от теоретически возможного.

Решение.

η = ,

где η – выход продукта, вычисляется в процентах или в долях от единицы.

m_{теорет.} – теоретически возможная масса продукта, рассчитывается по уравнению реакции;

m_практ. – практически полученная масса продукта, измеряется после реакции.

Выход редко когда бывает равным 100%, так как кроме основного процесса могут протекать побочные реакции, часть реагентов и продукта теряется при загрузке и выгрузке из аппарата.

mпракт. (NH4NO3) = 142,3 кг V(NH3) = 50 м3 V(р-ра HNO3) = 160 л ω (HNО3) = 65% или 0,65 ρ (р-ра HNО3) = 1391 кг/м3 н.у.	1) Запишем уравнение процесса: NH3 + HNO3 = NH4NO3  1 моль      1 моль          1 моль По уравнению реакции: m (HNO3) = ν (HNO3)·M (HNO3);    m (HNO3) = 1 моль·63 г/моль = 63 г; V (NH3) = ν (NH3)·Vm(NH3);    V (NH3) = 1 моль·22,4 л/моль = 22,4 л; m (NH4NO3) = ν (NH4NO3)·M (NH4NO3);    m (NH4NO3) = 1 моль·80 г/моль = 80 г.
η (NH4NO3) – ? М (HNO3) = 63 г/моль М (NH4NO3) = 80 г/моль Vm(NH3) = 22,4 л/моль

2) Вычислим количества реагентов, определим, какое вещество взято в избытке.

ν (NH₃) = , ν (NH₃) = = 2232 моль = 2,232 кмоль

m (HNO₃) = V(р-ра HNO₃)∙ω(HNО₃)∙ρ(р-ра HNО₃),

m (HNO₃) = 0,160 м³∙0,65∙1391 кг/м³ = 144,664 кг

ν (HNO₃) = , ν (HNO₃) = = 2296 моль = 2,296 кмоль

По уравнению реакции ν (HNO₃) : ν (NH₃) = 1 : 1;

по условию задачи ν (HNO₃) > ν (NH₃), то есть азотная кислота взята в избытке. Расчет массы нитрата аммония будем вести по аммиаку.

3) Рассчитаем теоретическую массу нитрата аммония.

ν (NH₄NO₃) : ν (NH₃) = 1 : 1, значит ν (NH₄NO₃) = 2,232 кмоль;

m (NH₄NO₃) = ν (NH₄NO₃)·M (NH₄NO₃);

m_{теоретическая} (NH₄NO₃) = 2,232 кмоль·80 г/моль = 178,56 кг – такую массу можно было получить из 50 м³ аммиака, если бы выход был равен 100%.

4) Определим выход продукта реакции.

η = , η (NH₄NO₃) = = 79,7%

Ответ: выход аммиачной селитры составил 79,7% от теоретически возможного.

Пример 29. Вычислите, какой объем 10%-ного раствора хлороводорода в воде (плотность 1047 кг/м³) можно получить из 58,5 кг хлорида натрия, если выход хлороводорода равен 68% от теоретического.

Решение.

m (NaCl) = 58,5 кг ω (HCl) = 10% или 0,1 ρ (р-ра HCl) = 1047 кг/м3 η(HCl) = 68% или 0,68	1) Запишем уравнение процесса: NaCl + H2SO4 = NaHSO4 +HCl 1 моль      1 моль         1 моль       1 моль. 2) Вычислим теоретическую массу хлороводорода, которую можно получить из 58,5 кг NaCl. ν (NaCl) = , ν (NaCl) = = 1 кмоль
V(р-ра HCl) – ? М (NaCl) = 58,5 г/моль М (HCl) = 36,5 г/моль

ν (NaCl) : ν (HCl) = 1 : 1; ν (HCl) = 1 кмоль;

m (HCl) = ν (HCl)·M (HCl); m_{теорет.}(HCl) = 1 кмоль·36,5 г/моль = 36,5 кг.

3) Рассчитаем практическую массу хлороводорода с учетом выхода.

η = , m_практ. = η∙m_{теорет.} / 100%

m_практ.(HCl) = 36,5 кг ∙ 0,68 = 24,82 кг.

4) Определим объем раствораHCl.

=

V(р-ра HCl) = ; V(р-ра HCl) = = 237 л

Ответ: объем раствора HCl равен 237 л.