Врублевский А. И. Тренажер по химии

Решение

M(H2S04) = 98 г/моль;

M(FeS2) = 120 г/моль.

Получение серной кислоты из пирита включает три ста­ дии:

1) 4FeS2 + 1Ю 2 = 2Fe20 3 + 8S02;

2)2S02 + 0 2 = 2S03;

3)S03 + н 2о = H2S04.

Конечно, задачу можно решать по всем трем уравнениям реакций, последовательно находя химические количества

FeS2, S02, S03 и H2S04. Но это нерационально!

Гораздо удобнее (и быстрее!) решать задачу, пользуясь так называемой стехиометрической схемой. Обращаем внима­ ние, что в состав как исходного (FeS2), так и конечного (H2S04) вещества входит элемент сера. Наша задача — урав­ нять число атомов серы в формулах пирита и серной кисло­ ты. Для этого перед формулой кислоты нужно, очевидно, поставить коэффициент 2. Это и будет стехиометрическая схема:

Далее задачу решаем обычным образом:

= 0,333 (моль);

х = п(H2S04) = -0 333-2 = 0,666 (моль);

m(H2S04) = h(H2S04)-M(H2S04) = 0,666-98 = 65,3 (г).

Ответ: m(H2S04) = 65,3 г.

Две задачи такого типа решите самостоятельно.

А. Какую массу азотной кислоты можно теоретически по­ лучить из аммиака объемом 100,0 дм3 (н.у.)?

Ответ: 281,2 г.

Б. Какую массу фосфорной кислоты можно теоретически получить из фосфата кальция массой 31,0 г?

Ответ: 19,6 г.

Если в задаче даны числовые данные для двух реагентов, требуется определить, какой из них взят с избытком. Расче­ ты проводятся по веществу, которое находится в недостатке. Рекомендуемая техника расчетов показана ниже.

ПРИМЕР 6-4*. Нитрат кальция массой 65,6 г реагирует с фосфатом калия массой 63,6 г. Найдите: а) массу полученно­ го осадка; б) химическое количество непрореагировавшего избыточного реагента.

Решение

A/{Ca(N03)2] = 164 г/моль;

Л/(К3Р 04) = 212 г/моль;

Л/[Са3(Р 04)2] = 310 г/моль.

1. Записываем уравнение реакции и определяем химичес­ кое количество реагентов:

0,4 моль х

3Ca(N03)2 + 2КзР0 4 = Са3(Р 04)21 + 6KN03.

2. Найденные химические количества делим на соответ­ ствующие коэффициенты перед формулами веществ:

22.К раствору, содержащему 5,40 г СиС12, прибавили ра­ створ, содержащий 1,02 г H2S. Полученный раствор выпари­ ли. Найдите массы веществ в сухом остатке.

23.Железо массой 14 г сплавили с 4,8 г серы. Полученную смесь обработали избытком соляной кислоты. Найдите объем выделенного при этом газа (н.у.).

Ответы:

8.14,3 дм3. 9. 5,6 дм3. 10. 16,88 г осадка; в избытке 0,053 моль NaCl. И. 21,44 г.

12.30,6 г AgN03 и 143,5 г AgCl. 13. 3,875 г осадка; 0,003 моль избыточного

СаС12. 14. 0,347 моль 0 2. 15. 10,7 г 0 2; 25,1 г ZnO; 19,8 г S 0r 16. 2,33 г. 17.17,5 г. 18.6,66 дм3. 19.8 дм3. 20. 2,8 г. 21.78 %. 22.2,88 г CuS; 1,35 rCuCL,. 23. 5,6 дм3.

§7. Примеси. Выход продукта. Потери в производстве

Методику решения задач на эту тему покажем на конк­ ретных примерах.

ПРИМЕР 7-1. При длительном нагревании нитрата меди (II) массой 20,2 г получен оксид меди (II) массой 7,60 г. Опреде­ лите выход продукта реакции.

Решение

M[Cu(N0 3)2] = 188 г/моль;

М(СиО) = 80 г/моль.

Записываем уравнение реакции разложения нитрата меди (II) при нагревании:

2Cu(N03)2 = 2CuO + 4N 02t + 0 2t .

Находим химическое количество Cu(N03)2 и теоретичес­ кие химическое количество и массу СиО:

от(СиО)теор = «(СиО)теор М(СиО) = 0,107-80 = 8,56 (г).

Выход реакции (обозначается греческой буквой ц) нахо­ дим делением указанной в условии задачи практической мас­ сы на найденную теоретическую массу:

Ответ: ri(CuO) = 88,8 %.

ПРИМЕР 7-2. Определите выход продукта реакции, если при сплавлении 5,00 кг песка, в котором массовая доля при­ месей равна 10 %, с избытком гидроксида натрия образова­ лось 8,00 кг силиката натрия.

Решение

Af(Si02) = 60 г/моль;

M(Na2Si03) = 122 г/моль.

1. Находим массовую долю Si02 в песке:

w(Si02) = 1 —w(примесей) = 1 —0,1 = 0,9.

2. Рассчитываем массу Si02 в песке:

m(Si02) = /и(песка) • w(Si02) = 5000 г-0,9 = 4500 г.

3. Находим химическое количество Si02:

4. Записываем уравнение реакции, находим теоретичес­ кое химическое количество и теоретическую массу силиката натрия:

m(Na2S103)Teop = /i(Na2S103)Teop • M(Na2S103) =

= 75-122 = 9150 (г), или 9,15 кг.

алюминия, учитывая, что в его составе массовая доля А14С3 равна (см. условие):

w(Al С ) = 1 - и>(примес.) = 1 - 0,05 = 0,95;

Ответ: /и(А14С3) = 39,0 г.

1.Какой объем С 0 2 (дм3, н.у.) выделится при прокалива­ нии 200 г известняка с массовой долей примесей 20 %?

2.При обжиге 792 г технического пирита получено 268,8 дм3 (н.у.) S02. Найдите массовую долю примесей в пирите.

3.Какая масса древесного угля с массовой долей углеро­ да 90 %, потребуется для полного восстановления оксида же­ леза (III) массой 320 г (образуется СО)?

4.Определите массовую долю (в %) углерода в коксе, если при сжигании 4 г кокса выделилось 6,72 дм3 С 0 2 (н.у.).

5.Какая масса технического пирита с массовой долей примесей 10% потребуется для получения 67,2 дм3 (н.у.) S02?

6 . Какой объем кислорода (дм3, н.у.) получится при на­ гревании 14,8 г технического хлората калия с массовой до­ лей примесей 15 %?

7. Массовая доля примесей в карбонате кальция равна 10%. Какую массу карбоната кальция надо разложить для по­ лучения 40 дм3 (н.у.) С 02?

8 . Сернистый газ, полученный при сжигании 10 г техни­ ческой серы, пропустили через избыток раствора NaOH, при­ чем для реакции потребовалось 24 г NaOH. Найдите массо­ вую долю серы в техническом препарате.

9. При взаимодействии СаО с углем получаются карбид кальция СаС2 и СО. Из 16,8 г СаО получено 15,36 г карбида. Определите выход СаС2.

10.При восстановлении углеродом 32 г оксида железа (III) получено 20,81 г железа. Найдите выход продукта.

11.Оксид кремния (IV), содержащий примеси, сплавили

сизбытком КОН и получили 3,82 кг K^SiOj. Определите вы­ ход силиката, учитывая, что в реакцию ввели 2 кг техничес­ кого оксида, содержащего 10 % примесей по массе.

12.Какую массу оксида азота (II) можно получить при окислении 67,2 дм3 (н.у.) аммиака, если потери в производ­ стве составляют 10 %?

13.Какую массу железа можно получить при восстанов­ лении 464 г магнетита оксидом углерода (II), если потери составляют 15 %?

14.Какая масса магнетита с массовой долей Fe30 4 90 % потребуется для получения 100 г железа, если потери в про­ изводстве составляют 3 %?

15.Какую массу карбоната натрия надо взять для получе­ ния 28,56 дм3 (н.у.) С 0 2 при выходе продукта 85 %?

Обратите особое внимание, как решаются задачи, в кото­ рых дан выход по нескольким стадиям реакций.

ПРИМЕР 7-4*. Какую массу H N 03можно получить из ам­ миака объемом 100 дм3 (н.у.), если выход на первой, второй и третьей стадиях процесса равен соответственно 30 %, 80 % и 95 %?

Решение

М(HN0 3) = 63 г/моль;

Vm= 22,4 дм3/моль.

Записываем схему трехстадийного синтеза азотной кис­ лоты из аммиака

NH3- ^ N 0 - ^ r - > N 0 2 t ^ ° '>HN03-

Из стехиометрической схемы всего процесса