Question

При получении водорода вначале водяной пар пропускают над раскалённым коксом. В результате реакции образуются оксид углерода(II) и водород. Затем к смеси добавляют новую порцию пара и пропускают её при повышенной температуре над катализатором, в результате этого оксид углерода(II) реагирует с водой с образованием водорода и оксида углерода(IV). Выход водорода и оксида углерода(II) на первой стадии процесса равен 85,0 %, на второй стадии выход водорода составляет 95,0 %. Водород какой максимальной массы можно получить при действии избытка воды на кокс массой 4,00 т с массовой долей углерода 94,0 %?

Answer 1

дано:

масса кокса = 4,00 т = 4000 кг  
массовая доля углерода в коксе = 94,0 %  
выход водорода на первой стадии = 85,0 %  
выход водорода на второй стадии = 95,0 %  

найти:

максимальную массу водорода, которая может быть получена.

решение:

1. Рассчитаем массу углерода в коксe:

m(C) = масса кокса * массовая доля углерода  
m(C) = 4000 кг * 0,940 = 3760 кг

2. Определим количество молей углерода:

Молярная масса углерода (C) = 12,01 г/моль  
n(C) = m(C) / M(C)  
n(C) = 3760 кг / 0,01201 кг/моль ≈ 312315 моль

3. Рассмотрим первую стадию реакции:

C + H2O -> CO + H2

На каждый 1 моль углерода образуется 1 моль водорода и 1 моль оксида углерода(II). Следовательно, количество молей водорода, образующегося на первой стадии с учетом выхода:

n(H2, первая стадия) = n(C) * выход / 100%  
n(H2, первая стадия) = 312315 моль * 0,850 ≈ 265465 моль

4. Рассчитаем массу водорода, полученного на первой стадии:

M(H2) = 2,02 г/моль  
m(H2, первая стадия) = n(H2, первая стадия) * M(H2)  
m(H2, первая стадия) = 265465 моль * 0,00202 кг/моль ≈ 536,00 кг

5. Перейдем ко второй стадии:

CO + H2O -> CO2 + H2

На каждый 1 моль оксида углерода(II) образуется 1 моль водорода. На первой стадии мы получили 265465 моль CO, следовательно, количество молей водорода, образующегося на второй стадии с учетом выхода:

n(H2, вторая стадия) = n(CO) * выход / 100%  
n(H2, вторая стадия) = 265465 моль * 0,950 ≈ 252188 моль

6. Рассчитаем массу водорода, полученного на второй стадии:

m(H2, вторая стадия) = n(H2, вторая стадия) * M(H2)  
m(H2, вторая стадия) = 252188 моль * 0,00202 кг/моль ≈ 509,43 кг

7. Теперь найдем общую массу водорода, полученного на обеих стадиях:

m(H2, общая) = m(H2, первая стадия) + m(H2, вторая стадия)  
m(H2, общая) = 536,00 кг + 509,43 кг ≈ 1045,43 кг

ответ:

Максимальная масса водорода, которую можно получить, составляет примерно 1045,43 кг.