Question

Se considera schema:

a+O2=b+c

b+O2=d

d+e=f

f+g=b+e

Substanta c este un oxid al unui metal trivalent cre contine 70% metal. 20kg din subtanta a de puritate 60% se transforma in prima reactie cu randament de 50%. Se cere:

a) identificarea substantelor din schema

b) masa de solutie de acid f de concentratie 49% care se poat obtine

c) masa de substanta d necesara  fi introdusa peste solutia rezultata la puncutul (b) pentru a se obtine o solutie de acid de concentratie 80% 

d) raportul masic al amestecului format din substantele b si d care contine 55% oxigen. 

Answer 1

Cu semnul "*" notez inmultirea.

a).
Sa gasim mai intai formula chimica a oxidului de metal trivalent c.
Notam metalul trivalent m si masa sa atomica relativa rotunjita cu A u.m.(adica unitati de masa).
Formula oxidului va fi deci: M2O3.
Masa molara a M2O3 este 2*A + 3*16 = (2A + 48)(g/mol).

Daca in (2A + 48) g M2O3 se gasesc 2A g M
Atunci in 100 g M2O3 se vor gasi 70 g M

(2A + 48)*70 = 2A*100
140A + 3360 = 200A
60A = 3360, de unde A = 56.
Asadar masa atomica relativa rotunjita a metalului trivalent M este 56 u.m., deci metalul trivalent M este fierul Fe, iar oxidul M2O3 este Fe2O3(care este substanta c din schema).

Prima reactie se scrie:
a + O2  =  b  +  Fe2O3

Aceasta ecuatie a reactiei pare a fi ecuatia reactiei de ardere a piritei. Deci substanta a este pirita FeS2, iar substanta b este SO2.
Ecuatia acestei reactiii este:

4FeS2  +  11O2  =  8SO2  +  2Fe2O3

Prn oxidarea SO2 rezulta SO3(substanta d).

2SO2  +  O2  =  2SO3

Stim din enunt ca substanta f este un acid. Plecand de la SO3, prin tratare cu H2O(substanta e) rezulta H2SO4(substanta f).

SO3  +  H2O  =  H2SO4
Pentru ultima ecuatie de reactie din schema, inteleg ca H2SO4 se trateaza cu substanta g, rezultand SO2 si H2O.
Nu prea stiu ce sa zic aici. Eu as merge pe varianta ca g este carbonul C, dar atunci nu este completa ecuatia reactiei, care ar trebui sa contina si CO2. Adica ar fi:

2H2SO4  +  C =  CO2  +  2SO2  + 2H2O

Repet: cum CO2 nu este dat in schema, nu prea stiu exact ce sa zic. Ai putea intreba care este substanta g pe profesorul de chimie.

b). Masa molara a piritei FeS2 este 1*56 + 2*32 = 120(g/mol).
Masa molara a H2SO4 este 2*1 + 1*32 + 4*16 = 98(g/mol).

Daca in 100 kg FeS2 impurificata se gasesc 60 kg FeS2 pura
Atunci in 20 kg FeS2 impurificata se vor gasi x kg FeS2 pura

x = 20*60/100 = 12(kg FeS2 pura).

Gasim numarul de kmoli de SO2 ce rezulta teoretic prin prajirea a 12 kg FeS2 pura.

4FeS2  +  11O2  =  8SO2  +  2Fe2O3

Daca din 4*120 kg FeS2 pura rezulta 1*8 kmoli SO2
Atunci din 12 kg FeS2 pura vor rezulta y kmoli SO2

y = 12*8/(4*120) = 0,2(kmoli SO2).
Randamentul reactiei fiind 50%, rezulta ca practic se obtin : 50*0,2/100 = 0,1(kmoli SO2).

Sa vedem cati kmoli de SO3 rezulta.
2SO2  +  O2  =  2SO3

Daca din 2*1 kmoli SO2 rezulta 2*1 kmoli SO3
Atunci din 0,1 kmoli SO2 vor rezulta in mod evident tot 0,1 kmoli SO3.

Sa vedem ce masa de H2SO4 rezulta din 0,1 kmoli SO3.
SO3  +  H2O  =  H2SO4

Daca din 1*1 kmoli SO3 rezulta 1*98 kg H2SO4
Atunci din 0,1 kmoli SO3 vor rezulta z kg H2SO4

z = 0,1*98/1 = 9,8(kg H2SO4). Aceasta este masa dizolvata md.

Gasim acum masa sol. H2SO4 49%:
c = 100*md/ms, de unde ms = 100*md/c = 100*9,8/49 = 20(kg sol. H2SO4 49%).


c). Daca introducem SO3 peste solutia de H2SO4, SO3 va reactiona cu o parte din apa din solutia de H2SO4 si va genera o noua cantitate de H2SO4.

Masa de apa din cele 20 kg sol. H2SO4 49% este mapa = ms - md = 20 - 9,8 = 10,2(kg apa).

Notez cu m1(kg) - masa de SO3 adaugat, cu m2(kg) - masa de H2O consumata de cele m1 kg SO3 si cu m3(kg) - masa de H2SO4 obtinut din cele m1 kg SO3.
Deci in solutia de H2SO4 de concentratie c1% = 80% vom avea dizolvata o masa md1 =  (9,8 + m3) kg H2SO4.
Masa de H2O din aceasta solutie va fi: mapa1 = (10,2 - m2) kg H2O.
Deci masa solutiei va fi: ms1 = md1 + mapa1 = (9,8 + m3 + 10,2 - m2)(kg H2O) = (20 + m3 - m2)(kg H2O).
Deci: c1 = (9,8 + m3)*100/(20 + m3 - m2)               (1)

Sa exprimam m2 si m3 in functie de m1:

SO3  +  H2O  =  H2SO4

Daca 1*80 kg SO3 consuma 1*18 kg H2O
Atunci m1 kg SO3 vor consuma m2 kg H2O

m2 = 18m1/80(kg H2O).

Daca din 1*80 kg SO3 rezulta 1*98 kg H2SO4
Atunci din m1 kg SO3 vor rezulta m3 kg H2SO4

m3 = 98m1/80(kg H2SO4).

Inlocuind m2 si m3 in (1), ajungem la ecuatia:

(9,8 + 98m1/80)*100/[20 + (98m1/80) - (18m1/80)] = 80;
Dar 98m1/80 - 18m1/80 = 80m1/80 = m1
Deci: 100*(784 + 98m1)/80 / (20 + m1) = 80
Simplific cu 100

(784 + 98m1) = 64(20 + m1)
784 + 98m1 = 1280 + 64m1
34m1 = 496, de unde m1 = aprox. 14,588235 = aprox. 14,59(kg SO3).
Cel putin asta este parerea mea. Daca vrei, intreaba profesorul de chimie.

d).Avem deci o masa m4(kg) de SO2 si o masa m5(kg) de SO3

Masa molara a SO2 este 1*32 + 2*16 = 64(g/mol). Masa molara a SO3 este 80(g/mol).

Daca in 64 kg SO2 se gasesc 32 kg oxigen
Atunci in m4 kg SO2 se vor gasi x1 kg O2

x1 = 32m4/64 = m4/2 = 0,5m4(kg oxigen).

Daca in 80 kg SO3 se gasesc 48 g oxigen
Atunci in m5 kg SO3 se vor gasi x2 g oxigen

x2 = 48m5/80 = 0,6m5(kg oxigen).

Masa de oxigen din cele (m4 + m5) kg SO2 si SO3 este deci x1 + x2 = (0,5m4 + 0,6m5) kg oxigen.

Daca in (m4 + m5)kg amestec se gasesc(0,5m4 + 0,6m5)kg oxigen
Atunci in 100 kg amestec se vor gasi 55 kg oxigen

55(m4 + m5) = 100(0,5m4 + 0,6m5)
55m4 + 55m5  =  50m4 + 60m5
5m4 = 5m5, de unde m4/m5 = 1, deci m4 = m5.

Verifica si tu.