Вопрос школьника
При обжиге технического пирита (степень чистоты 56%) получают 1 т твердого продукта (примеси инертны). Рассчитайте взятую массу технического пирита, а также объем раствора сω(HCl) = 22% (ρ = 1,11 г/см3), затраченный на перевод в раствор 28 г твердого продукта обжига.
Ответ от учителя
При обжиге технического пирита происходит реакция:
4FeS2 + 11O2 → 2Fe2O3 + 8SO2
То есть из 4 молекул пирита получается 2 молекулы оксида железа и 8 молекул диоксида серы. Молярная масса пирита (FeS2) равна 120 г/моль, молярная масса оксида железа (Fe2O3) равна 160 г/моль, молярная масса диоксида серы (SO2) равна 64 г/моль.
Из условия задачи известно, что при обжиге 1 т технического пирита получается 1 твердый продукт. При этом не уточняется, какой именно продукт получается (оксид железа или диоксид серы), поэтому будем считать, что оба продукта получаются в равных количествах. Тогда масса каждого продукта будет равна 0,5 т.
Массовая доля пирита в твердом продукте равна:
m(FeS2) = m(продукт) * 56% = 0,5 т * 0,56 = 0,28 т
Таким образом, взятая масса технического пирита равна 0,28 т.
Чтобы рассчитать объем раствора с ω(HCl) = 22%, затраченный на перевод в раствор 28 г твердого продукта обжига, нужно сначала определить количество моль диоксида серы, образующегося при обжиге 28 г продукта. Для этого воспользуемся уравнением реакции:
4FeS2 + 11O2 → 2Fe2O3 + 8SO2
Масса 1 моля диоксида серы равна 64 г, поэтому количество моль диоксида серы, образующегося при обжиге 28 г продукта, равно:
n(SO2) = m(SO2) / M(SO2) = 28 г / 64 г/моль = 0,4375 моль
Так как при образовании диоксида серы из пирита образуется также оксид железа, то количество моль HCl, необходимое для перевода обоих продуктов в раствор, будет равно удвоенному количеству молей диоксида серы:
n(HCl) = 2 * n(SO2) = 0,875 моль
Массовая доля HCl в растворе равна 22%, то есть на 100 г раствора приходится 22 г HCl. Плотность раствора равна 1,11 г/см3, то есть на 1 л раствора приходится 1110 г. Тогда объем раствора, необходимый для перевода 0,875 моль HCl, можно рассчитать следующим образом:
V(HCl) = n(HCl) * M(HCl) / (ρ * ω(HCl)) = 0,875 моль * 36,5 г/моль / (1,11 г/см3 * 0,22) ≈ 14,5 л
Таким образом, для перевода в раствор 28 г твердого продукта обжига потребуется около 14,5 л раствора HCl с ω(HCl) = 22%.
