schoolХимия
verifiedРешено AI
Решение задачи: Расчет расхода сульфата натрия и водорода для получения сульфида натрия
help_outlineУсловие задачи
Реши задачу: Рассчитать расход сульфат натрия, содержащего 93,7% Na2SO4 и электролитического водорода с содержанием H2 96,4% на одну тонну технического сульфида натрия( содержание Na2S-97%) Na2SO4 +4H2=Na2S+4H2O На побочные реакции расходуется 2,5 % сульфата натрия и водорода от теоретически необходимого для получения 1 тонны технического продукта
lightbulbКраткий ответ
Для получения 1 тонны технического сульфида натрия необходимо рассчитать расход сульфата натрия и водорода, учитывая их процентное содержание и потери на побочные реакции. Решение включает расчеты по уравнению химической реакции и молярным массам веществ.
Подробное решение
Дано:
m(техн. Na2S) = 1000 кг
w(Na2S) = 97 % (или 0,97)
w(Na2SO4 в сырье) = 93,7 % (или 0,937)
phi(H2 в газе) = 96,4 % (или 0,964)
Потери на побочные реакции = 2,5 % (или 0,025)
Найти:
m(сырья Na2SO4) — ?
V(техн. H2) — ?
Решение:
1. Уравнение химической реакции:
\[ Na_2SO_4 + 4H_2 \rightarrow Na_2S + 4H_2O \]
2. Рассчитаем массу чистого сульфида натрия в 1 тонне технического продукта:
\[ m(Na_2S) = m(техн. Na_2S) \cdot w(Na_2S) = 1000 \cdot 0,97 = 970 \text{ кг} \]
3. Определим молярные массы веществ:
\[ M(Na_2S) = 23 \cdot 2 + 32 = 78 \text{ г/моль (или кг/кмоль)} \]
\[ M(Na_2SO_4) = 23 \cdot 2 + 32 + 16 \cdot 4 = 142 \text{ г/моль (или кг/кмоль)} \]
\[ V_m = 22,4 \text{ м}^3\text{/кмоль (молярный объем газа)} \]
4. Рассчитаем теоретически необходимое количество сульфата натрия для получения 970 кг сульфида:
По уравнению реакции 1 кмоль \( Na_2SO_4 \) дает 1 кмоль \( Na_2S \).
\[ m_{теор}(Na_2SO_4) = \frac{m(Na_2S) \cdot M(Na_2SO_4)}{M(Na_2S)} = \frac{970 \cdot 142}{78} \approx 1765,9 \text{ кг} \]
5. Учтем потери на побочные реакции (2,5 %) для сульфата натрия:
\[ m_{общ}(Na_2SO_4) = m_{теор} \cdot (1 + 0,025) = 1765,9 \cdot 1,025 \approx 1810,0 \text{ кг} \]
6. Рассчитаем массу технического сырья (сульфата натрия), содержащего 93,7 % основного вещества:
\[ m(сырья) = \frac{m_{общ}(Na_2SO_4)}{w(Na_2SO_4)} = \frac{1810,0}{0,937} \approx 1931,7 \text{ кг} \]
7. Рассчитаем теоретически необходимый объем водорода:
По уравнению на 1 кмоль \( Na_2S \) требуется 4 кмоля \( H_2 \).
\[ n(Na_2S) = \frac{m(Na_2S)}{M(Na_2S)} = \frac{970}{78} \approx 12,436 \text{ кмоль} \]
\[ V_{теор}(H_2) = n(Na_2S) \cdot 4 \cdot V_m = 12,436 \cdot 4 \cdot 22,4 \approx 1114,3 \text{ м}^3 \]
8. Учтем потери на побочные реакции (2,5 %) для водорода:
\[ V_{общ}(H_2) = V_{теор} \cdot 1,025 = 1114,3 \cdot 1,025 \approx 1142,2 \text{ м}^3 \]
9. Рассчитаем объем технического водорода (электролитического газа), содержащего 96,4 % \( H_2 \):
\[ V(техн. H_2) = \frac{V_{общ}(H_2)}{phi(H_2)} = \frac{1142,2}{0,964} \approx 1184,9 \text{ м}^3 \]
Ответ:
Расход технического сульфата натрия составляет 1931,7 кг.
Расход электролитического водорода составляет 1184,9 \( м^3 \).