Твердые тела и минералы.

Природные химические соединения, а также самородные элементы называются минералами. Это однородное по составу и строению химическое соединение или самостоятельно существующий химический элемент в твердом агрегатном состоянии, возникающие в земной коре в результате физико-химических процессов.

Наиболее распространенные минералы - это полевые шпаты -плагиоклазы (100-n) Na [AlSi₃O₈]·n Ca [Al₂Si₂0₈ ], ортоклазы K[ AlSi₃O₈ ].

Вообще же 3/4 всех минералов земной коры - это силикаты (к ним относятся все полевые шпаты, слюды, глинистые минералы и другие природные минеральные образования, основу которых составляет радикал Si_nO_m). Кварц SiO₂ и его разновидности -это вторая по распространенности группа минералов - 12 % всей массы земной коры.

Пример 1. К числу природных силикатов магния относятся тальк ЗMg0·4Si0₂·2Н₂0 и асбест 3MgO·2Si0₂·2H₂O. В каком из этих силикатов содержится больше магния?

Решение. Молярная масса талька равна: 3·40,3 +4·60,1 + 2·18,0=397 г/моль, а асбеста 3·40,3 + 2·60,1 + 2·18,0 = 277,1 г/моль.

Молярные массы талька и асбеста принимаем за 100% ,тогда содержание магния в тальке в расчете на 1 моль равно: 3·24,3·100/397,3 = 18,35 % ,а содержание магния в асбесте: 3·24,3·100/277,1 = 26,30 % . Следовательно, наибольшее содержание магния в асбесте.

Пример 2. Какую массу железа можно получить из 2 кг железной руды, содержащей 94 % (масс.) гематита (Fe₂O₃)?

Решение, Молярная масса гематита - 159,7 г/моль. В 2000 г руды масса железа будет составлять: 2·55,8 г железа (Fe) содержится в 159,7 г/моль гематита (Fe₂О₃).

X г железа содержится в 2000 г гематита.

X = 2 ·55,8:2000/159,7 = 1397,6 г. С учетом примесей содержание железа в руде будет составлять: 1397,6·94/100 = 1313,8 г.

Пример 3. При получении цинка обжигу подвергли 50 кг. Продукт обжига восстановили коксом. Написать уравнение протекающих при этом реакций. Сколько кг цинка было получено, если выход составил 80% теоретически возможного?

Решение. Уравнения протекающих реакций:

2ZnS + 3O₂= 2Zn + 2SO₂ (1)

ZnO + C = Zn + CO (2)

По уравнению реакции обжига ZnS определяем массу подучившегося ZnO. Молярные массы ZnS и ZnO соответственно составляют 97,5 и 81,4 г/моль. Согласно уравнению (1) 2 моля ZnS образуют 2 моля ZnO , т.е. 2·97,5 г/моль ZnS образуют 2·81,4 г/моль ZnO; 50 кг ZnSO₄ образуют X кг Zn0 , отсюда X = 50·2·81,4/2·97, 5 =41,74 кг.

По уравнению (2) находим массу получившегося цинка:

81,4 г/моль Zn 0 образует 65 ,4 г/моль;

41,74 кг Zn0 образует Y кг Zn.

Отсюда Y=41,74·65,4/81,4=33,5 кг.

Если выход Zn составил 80% теоретически возможного, значит масса полученного цинка будет составлять: 33 ,5·80/100 = 26,83 кг.

Задача 81

Минерал германия содержит 80% GеO₂. Определить массу германия, содержащуюся в 250 г этого минерала.

Задача 82

Минерал содержит 75 % сульфата свинца. В каком количестве этого минерала содержится 200 г свинца?

Задача 83

Какая из железных руд наиболее богата железом: красный железняк Fe₂O₃, магнитный железняк Fe₃O₄ , бурый железняк 2Fe₂O₃∙ЗH₂О или сидерит FeCO₃? Причем в каждой из указанных руд - 10% посторонних примесей.

Ответ: Fе₃0₄ .

Задача 84

В каком из ниже следующих природных соединений содержится наибольшее количество натрия: а) каменная соль NaCl ; б) сильвинит NaCl·KCl ; в)мирабилит NaSO₄ ∙10H₂O ; г) тенардит Na₂SO₄ ; д) глауберит Na₂SO₄ ∙ CaCO₃ ; е) чилийская (натриевая) селитра NaNO₃ ; д) криолит 3NaF∙AlF_{3 ,} если не учитывать примеси?

Ответ: В криолите.

Задача 85

В образце пирита содержится 42 % серы. Вычислить процентное содержание чистого дисульфида железа FeS₂ в данном образце руды.

Ответ: 78,75 %.

Задача 86

Сколько пирита FeS₂ (примеси не учитывать) необходимо для получения диоксида серы SO₂ в количестве: а) 358,4 (н.у.); б) 4 моль; в) 51,2 г?

Ответ; а) 960 г; б) 2 моль; в)48 г.

Задача 87

Какое количество руды железного колчедана, содержащего 80% дисульфида FeS₂, образуется при обжиге 5,376 м³ диоксида серы (принять выход SO₂ 100 %-ным)?

Ответ 18 кг.

Задача 88

Сколько пирита, содержащего 90% FeS₂ , дает в результате его обжига 2 кг диоксида серы при 92 % -ном выходе?

Ответ: 2 кг 264 г.

Задача 89

Производительность печи для обжига железного колчедана составляет 29 т - колчедана в сутки, а выход диоксида серы - 98 % от теоретически возможного. Сколько SO₂ производит печь в сутки, если содержание серы в колчедане равно 42%?

Ответ: 23,05 т.

Задача 90

При обжиге 1,5 т известняка, содержащего 8% пустой породы, выделилось 0,6 т диоксида углерода. Сколько процентов от теоретически возможного выхода составляет это количество газа?

Ответ: 98,76 %.

Задача 91

При прокаливании мрамора выделилось 448 л (н.у.) CO₂.Сколько негашеной извести образовалось при этом?

Ответ: 1,120 кг.

Задача 92

При переработке 500 кг плавикового шпата, содержащего 95 % фтористого кальция СаF₂, получено 242кг фтористого водорода. Сколько процентов от теоретически возможного составляет это количество?

Ответ: 93,57 %.

Задача 93

Сколько килограммов пиролюзита, содержащего 98 % диоксида марганца MnO₂ , выделяют при взаимодействии с достаточным количеством соляной кислоты: а) 7,1 кг хлора; б) 6 кг-моль хлора; в) 1,25 моль хлора; 200 литров хлора (н.у.)?

Ответ: а) 8,88 кг; б) 532,66 кг; в)110,97 кг; г) 0,793 кг.

Задача 94

Cколько тонн серной кислоты можно получить из 400 т пирита, содержащего 42 % серы?

Ответ: 514,5 т.

Задача 95

При обжиге известняка образуются негашеная известь СаО и диоксид углерода СО. Сколько тонн негашеной извести можно получить из 20 т известняка, содержащего 92 % углекислого кальция СаСО₃ ?

Ответ: 10 т 304 кг

Задача 96

К числу природных силикатов относятся тальк 3MgO·4SiO₂·2H₂O и асбест 3MgO·2SiO₂·2H₂O. В каком из этих силикатов содержится больше магния?

Задача 97

При обжиге 0,5 т пирита, содержащего 45 % серы, получается 440 кг SO₂. Вычислить выход SO₂ в процентах от теоретически возможного.

Ответ: 97,78 %

Задача 98

При обжиге 1,6т пирита, содержащего 40% серы, получено 1,248 т диоксида серы SO₂ . Вычислить процент использования серы при обжиге пирита.

Ответ: 97,5 %.

Задача 99

Сколько алюминия можно получить из 13,8 т боксита состава Al₂O₃ ·2H₂O?

Ответ: 5,4 т.

Задача 100

Карборунд (SiC, ) получают взаимодействием SiO₂ с коксом: SiO₂+3C=SiC+2CO

Сколько потребуется кокса, содержащего 10% примесей, для получения 4т карборунда? Ответ: 4 т.