дано:
масса руды m_руда = 3,50 т = 3500 кг
массовая доля FeS2 = 84,0 % = 0,840
массовая доля H2SO4 в растворе = 75,0 % = 0,750
выход H2SO4 = 85,0 % = 0,850
найти:
максимальную массу раствора m_раствор.
решение:
1. Сначала найдем массу FeS2 в руде:
m_FeS2 = m_руда * массовая доля FeS2
m_FeS2 = 3500 кг * 0,840 ≈ 2940 кг
2. Теперь определим количество молей FeS2. Для этого найдем молярную массу FeS2:
Молярная масса FeS2:
M(FeS2) = 55,85 г/моль (Fe) + 2 * 32,07 г/моль (S) = 119,19 г/моль
Теперь переведем г в кг для удобства расчетов:
M(FeS2) = 119,19 г/моль = 0,11919 кг/моль
n_FeS2 = m_FeS2 / M(FeS2)
n_FeS2 = 2940 кг / 0,11919 кг/моль ≈ 24608,5 моль
3. По уравнению реакции сульфид железа реагирует с кислородом и образует серную кислоту по следующему уравнению:
4 FeS2 + 11 O2 -> 8 SO2 + 4 Fe2O3
Из уравнения видно, что 4 моль FeS2 дают 8 моль SO2. Таким образом, найдем, сколько моль SO2 будет выделяться:
n_SO2 = (8/4) * n_FeS2
n_SO2 = 2 * 24608,5 моль = 49217 моль
4. Далее определим, сколько серной кислоты можно получить из SO2. Реакция окисления SO2 в серную кислоту выглядит следующим образом:
SO2 + H2O + 1/2 O2 -> H2SO4
Из одного моль SO2 получается одно моль H2SO4. Соответственно:
n_H2SO4 = n_SO2 = 49217 моль
5. Теперь найдем массу серной кислоты:
M(H2SO4) = 98,08 г/моль
m_H2SO4 = n_H2SO4 * M(H2SO4)
m_H2SO4 = 49217 моль * 0,09808 кг/моль ≈ 4826,64 кг
6. Учитывая выход серной кислоты, найдем теоретическую массу H2SO4:
m_H2SO4_теор = m_H2SO4 / выход
m_H2SO4_теор = 4826,64 кг / 0,850 ≈ 5677,26 кг
7. Теперь найдем массу раствора с учетом массовой доли H2SO4:
m_раствор = m_H2SO4_теор / массовая доля H2SO4
m_раствор = 5677,26 кг / 0,750 ≈ 7569,68 кг
ответ:
Максимальная масса раствора H2SO4 составляет примерно 7569,68 кг.