Từ 1 tấn quặng pirit sắt chứa 80% FeS2 có thể điều chế được bao nhiêu tấn dd H2S…
Trước hết, các em hãy đọc kỹ đề bài và xác định những thông tin quan trọng:
– Khối lượng quặng pirit sắt ban đầu: 1 tấn.
– Thành phần FeS2 trong quặng: 80%.
– Nồng độ dung dịch H2SO4 thu được: 60%.
– Sự hao hụt trong sản xuất: 5%.
Bây giờ, chúng ta sẽ đi vào phần giải chi tiết:
Bước 1: Tính khối lượng FeS2 có trong quặng.
Quặng pirit sắt chỉ chứa 80% là FeS2, còn lại là tạp chất không tham gia phản ứng. Do đó, để tính toán hiệu suất, chúng ta cần biết lượng chất phản ứng thực tế.
Khối lượng FeS2 có trong 1 tấn quặng là:
Khối lượng FeS2 = Khối lượng quặng * Tỉ lệ % FeS2
Khối lượng FeS2 = 1 tấn * 80% = 0.8 tấn
Bước 2: Viết phương trình phản ứng hóa học.
Quá trình sản xuất H2SO4 từ FeS2 trải qua nhiều giai đoạn. Tuy nhiên, để giải bài toán này, chúng ta sẽ tập trung vào phản ứng chính biểu diễn sự chuyển hóa từ FeS2 thành SO2, sau đó SO2 được oxi hóa thành SO3 và cuối cùng H2SO4 được tạo thành. Chúng ta sẽ quy về phản ứng tổng quát hoặc các bước trung gian quan trọng để tính toán.
Phản ứng của FeS2 với oxi (trong không khí) để tạo ra SO2:
4FeS2 + 11O2 -> 2Fe2O3 + 8SO2
(Phản ứng này diễn ra ở nhiệt độ cao)
SO2 sau đó được oxi hóa thành SO3 bởi xúc tác (thường là V2O5) trong điều kiện nhiệt độ thích hợp:
2SO2 + O2 <=> 2SO3
(Phản ứng thuận nghịch)
SO3 hấp thụ vào nước để tạo thành H2SO4:
SO3 + H2O -> H2SO4
Để tính toán số mol, chúng ta cần biết khối lượng mol của các chất.
Khối lượng mol của FeS2 là: M(FeS2) = 56 + 2*32 = 120 g/mol.
Khối lượng mol của H2SO4 là: M(H2SO4) = 2*1 + 32 + 4*16 = 98 g/mol.
Bước 3: Tính khối lượng H2SO4 theo lý thuyết.
Dựa vào phương trình phản ứng, chúng ta có thể thiết lập tỉ lệ mol giữa FeS2 và H2SO4. Từ phương trình 4FeS2 … -> 8SO2, và SO2 tạo ra H2SO4 theo tỉ lệ 1:1 (xét về nguyên tố lưu huỳnh), ta có thể thấy mối liên hệ gián tiếp.
Tuy nhiên, cách đơn giản nhất là xét theo nguyên tố S. Mỗi phân tử FeS2 có 2 nguyên tử S, và mỗi phân tử H2SO4 có 1 nguyên tử S.
Theo phương trình: 4 phân tử FeS2 tạo ra 8 phân tử SO2.
1 phân tử SO2 tạo ra 1 phân tử H2SO4.
Vậy, 4 phân tử FeS2 tạo ra 8 phân tử H2SO4.
Hay tỉ lệ mol là: FeS2 : H2SO4 = 4 : 8 = 1 : 2.
Nếu chỉ xét nguyên tố S, thì:
Trong 1 mol FeS2 có 2 mol S.
Trong 1 mol H2SO4 có 1 mol S.
Do đó, từ 1 mol FeS2 sẽ tạo ra tối đa 2 mol H2SO4 (nếu toàn bộ S trong FeS2 chuyển hóa thành H2SO4).
Bây giờ, chúng ta sẽ tính khối lượng H2SO4 theo lý thuyết thu được từ 0.8 tấn FeS2.
Đổi 0.8 tấn sang gam: 0.8 tấn = 0.8 * 10^6 gam.
Số mol FeS2 ban đầu = Khối lượng FeS2 / M(FeS2)
Số mol FeS2 = (0.8 * 10^6) / 120 mol
Theo tỉ lệ mol từ các bước phản ứng, ta có:
Số mol H2SO4 (lý thuyết) = Số mol FeS2 * 2
Số mol H2SO4 (lý thuyết) = [(0.8 10^6) / 120] 2 mol
Khối lượng H2SO4 (lý thuyết) = Số mol H2SO4 (lý thuyết) * M(H2SO4)
Khối lượng H2SO4 (lý thuyết) = [(0.8 10^6) / 120] 2 * 98 gam
Để tiện cho việc đổi đơn vị, ta có thể tính toán trực tiếp bằng tấn:
Khối lượng H2SO4 (lý thuyết) = (0.8 tấn / 120) 2 98 = (0.8 2 98) / 120 tấn
Khối lượng H2SO4 (lý thuyết) = 156.8 / 120 tấn = 1.30666… tấn
Bước 4: Tính khối lượng H2SO4 thực tế thu được sau khi có sự hao hụt.
Đề bài cho biết sự hao hụt trong sản xuất là 5%. Điều này có nghĩa là lượng sản phẩm thu được thực tế chỉ bằng 100% – 5% = 95% so với lượng lý thuyết.
Khối lượng H2SO4 thực tế = Khối lượng H2SO4 (lý thuyết) * Hiệu suất sản xuất
Hiệu suất sản xuất = 100% – 5% = 95% = 0.95
Khối lượng H2SO4 thực tế = 1.30666… tấn * 0.95
Khối lượng H2SO4 thực tế = 1.24133… tấn
Bước 5: Tính khối lượng dung dịch H2SO4 60% thu được.
Đề bài yêu cầu tính khối lượng dung dịch H2SO4 có nồng độ 60%. Chúng ta đã tính được khối lượng H2SO4 nguyên chất thu được thực tế là 1.24133… tấn.
Nồng độ dung dịch được tính theo công thức:
Nồng độ % = (Khối lượng chất tan / Khối lượng dung dịch) * 100%
Từ công thức này, ta có thể suy ra khối lượng dung dịch:
Khối lượng dung dịch = Khối lượng chất tan / (Nồng độ % / 100%)
Khối lượng dung dịch = Khối lượng H2SO4 thực tế / (60% / 100%)
Khối lượng dung dịch = 1.24133… tấn / 0.60
Khối lượng dung dịch = 2.06888… tấn
Chúng ta có thể làm tròn kết quả để có câu trả lời đẹp hơn. Thường thì các bài toán sẽ cho kết quả tròn hoặc yêu cầu làm tròn đến một chữ số thập phân nhất định. Với các số liệu đề bài cho, chúng ta có thể làm tròn đến 2 hoặc 3 chữ số thập phân.
Làm tròn kết quả khối lượng dung dịch H2SO4 60%: 2.07 tấn.
Trả lời:
Từ 1 tấn quặng pirit sắt chứa 80% FeS2 có thể điều chế được khoảng 2.07 tấn dung dịch H2SO4 có nồng độ 60%, biết rằng sự hao hụt trong sản xuất là 5%.
Cô hy vọng với cách giải chi tiết từng bước như vậy, các em đã hiểu rõ cách làm bài toán này. Nếu có bất kỳ thắc mắc nào, đừng ngần ngại hỏi cô nhé!
\(1\) tấn \(=1000kg\)
\(n_{FeS_2}={1000.80\%}/{120}={20}/3(kmol)\)
Bảo toàn \(S:\ n_{H_2SO_4}=2n_{FeS_2}={40}/3(kmol)\)
\(->n_{H_2SO_4(t t)}={40}/3.(100\%-5\%)={38}/3(kmol)\)
\(->m_{dd\ H_2SO_4}={{38}/3.98}/{60\%}\approx 2069(kg)=2,069\) (tấn)
Đổi 1 tấn = 1000kg
Ta có : \(n_{FeS_{2} }\) = (1000 . 80%) : 120 = \(\frac{20}{3}\) \(K_{mol}\)
Bảo toàn nguyên tố:
\(n_{H_{2}SO_{4}}\) (lý thuyết) = 2\(n_{FeS_{2} } \) = \(\frac{40}{3}\) \(K_{mol}\)
⇒ \(n_{H2SO4}\) thực = \(\frac{40}{3}\) . 95% = \(\frac{38}{3}\) (\(K_{mol}\)) ⇒ m\(dd_{H2SO4}\) = (\(\frac{38}{3}\) . 98) : 60% = 2068,8 (kg)