Задачи на вычисление выхода (массовой доли выхода) продукта

Пример 28. Для производства 142, 3 кг аммиачной селитры использовали аммиак объемом 50 м³ (н.у.) и 160 л 65%-ного раствора азотной кислоты (плотность раствора 1391 кг/м³). Определите выход продукта реакции от теоретически возможного.

Решение.

η = ,

где η – выход продукта, вычисляется в процентах или в долях от единицы.

m_{теорет.} – теоретически возможная масса продукта, рассчитывается по уравнению реакции;

m_практ. – практически полученная масса продукта, измеряется после реакции.

Выход редко когда бывает равным 100%, так как кроме основного процесса могут протекать побочные реакции, часть реагентов и продукта теряется при загрузке и выгрузке из аппарата.

2) Вычислим количества реагентов, определим, какое вещество взято в избытке.

ν (NH₃) = , ν (NH₃) = = 2232 моль = 2, 232 кмоль

m (HNO₃) = V(р-ра HNO₃)∙ ω (HNО₃)∙ ρ (р-ра HNО₃),

m (HNO₃) = 0, 160 м³∙ 0, 65∙ 1391 кг/м³ = 144, 664 кг

ν (HNO₃) = , ν (HNO₃) = = 2296 моль = 2, 296 кмоль

По уравнению реакции ν (HNO₃): ν (NH₃) = 1: 1;

по условию задачи ν (HNO₃) > ν (NH₃), то есть азотная кислота взята в избытке. Расчет массы нитрата аммония будем вести по аммиаку.

3) Рассчитаем теоретическую массу нитрата аммония.

ν (NH₄NO₃): ν (NH₃) = 1: 1, значит ν (NH₄NO₃) = 2, 232 кмоль;

m (NH₄NO₃) = ν (NH₄NO₃)·M (NH₄NO₃);

m_{теоретическая} (NH₄NO₃) = 2, 232 кмоль·80 г/моль = 178, 56 кг – такую массу можно было получить из 50 м³ аммиака, если бы выход был равен 100%.

4) Определим выход продукта реакции.

η = , η (NH₄NO₃) = = 79, 7%

Ответ: выход аммиачной селитры составил 79, 7% от теоретически возможного.

Пример 29. Вычислите, какой объем 10%-ного раствора хлороводорода в воде (плотность 1047 кг/м³) можно получить из 58, 5 кг хлорида натрия, если выход хлороводорода равен 68% от теоретического.

Решение.

m (NaCl) = 58, 5 кг ω (HCl) = 10% или 0, 1 ρ (р-ра HCl) = 1047 кг/м3 η (HCl) = 68% или 0, 68	1) Запишем уравнение процесса: NaCl + H2SO4 = NaHSO4 +HCl 1 моль 1 моль 1 моль 1 моль. 2) Вычислим теоретическую массу хлороводорода, которую можно получить из 58, 5 кг NaCl. ν (NaCl) = , ν (NaCl) = = 1 кмоль
V(р-ра HCl) –?   М (NaCl) = 58, 5 г/моль М (HCl) = 36, 5 г/моль

ν (NaCl): ν (HCl) = 1: 1; ν (HCl) = 1 кмоль;

m (HCl) = ν (HCl)·M (HCl); m_{теорет.}(HCl) = 1 кмоль·36, 5 г/моль = 36, 5 кг.

3) Рассчитаем практическую массу хлороводорода с учетом выхода.

η = , m_практ. = η ∙ m_{теорет.} / 100%

m_практ.(HCl) = 36, 5 кг ∙ 0, 68 = 24, 82 кг.

4) Определим объем раствораHCl.

=

V(р-ра HCl) = ; V(р-ра HCl) = = 237 л

Ответ: объем раствора HCl равен 237 л.

Литература

1. Ахметов Н. С. Общая и неорганическая химия: Учеб. для химико-технол. вузов. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 1988.

2. Глинка Н. Л. Общая химия: Учебное пособие для вузов. – 23-е изд., стереотипное / Под ред. В. А. Рабиновича. – Л.: Химия, 1983.

3. Гольдфарб Я. Л., Ходаков Ю. В. Сборник задач и упражнений по химии для средней школы: Учеб. пособие для учащихся. – М.: Просвещение, 1979.

4. Исупов В. П. Качественный анализ в таблицах: Учеб. пособие по факультативному курсу качественного химического анализа для учащихся IX класса. – Киров: ХБЛ, 1998.

5. Карапетьянц М. Х., Дракин С. И. Общая и неорганическая химия. Учебник для вузов. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Химия, 1993.

6. Некрасов Б. В. Основы общей химии: В 2 т. – 3-е изд., испр. и доп. – М.: Химия, 1973.

7. Неорганическая химия: В 3 т. / Под ред. Ю. Д. Третьякова. Т. 2: Химия непереходных элементов: Учебник для студ. высш. учеб. заведений / А. А. Дроздов, В. П. Зломанов, Г. Н. Мазо, Ф. М. Спиридонов. – М.: Издательский центр «Академия», 2004.

8. Общая химия в формулах, определениях, схемах: Учеб. пособие / И. Е. Шиманович, М. Л. Павлович, В. Ф. Тикавый, П. М. Малашко; Под ред. В. Ф. Тикавого. – Мн.: Унiверсiтэцкае, 1996.

9. Слета Л. А., Черный А. В., Холин Ю. В. 1001 задача по химии с ответами, указаниями и решениями. – М.: Илекса, 2005.

10. Спицын В. И., Мартыненко Л. И. Неорганическая химия. Ч. I: Учебник. – М.: Изд-во МГУ, 1991.

11. Спицын В. И., Мартыненко Л. И. Неорганическая химия. Ч. II: Учебник. – М.: Изд-во МГУ, 1994.

12. Степин Б. Д., Цветков А. А. Неорганическая химия: Учеб. для хим. и химико-технол. спец. вузов. – М.: Высш. шк., 1994.

13. Угай Я. А. Общая и неорганическая химия: Учеб. для студентов вузов, обучающихся по направлению и спец. «Химия». – М.: Высш. шк., 1997.

14. Химическая энциклопедия: В 5 т.: т. 1: А–Дарзана / Редкол.: Кнунянц И.Л. (гл. ред.) и др. – М.: Сов. энцикл., 1988.

15. Химическая энциклопедия: В 5 т.: т. 5: Триптофан–Ятрохимия / Редкол.: Зефиров Н.С. (гл. ред.) и др. – М.: Большая Российская энцикл., 1999.

16. Химия: Энциклопедия химических элементов / Под ред. проф. А. М. Смолеговского. – М.: Дрофа, 2000.

17. Эмсли Дж. Элементы: Пер. с англ. – М.: Мир, 1993.