Question

Природный газ содержит главным образом метан ch4, но в нем присутствуют и примеси, например, ядовитый сероводород h2s - до 50 г на 1 кг метана. чтобы удалить примесь сероводорода, можно провести его окисление перманганатом калия в кислой среде до серы. рассчитайте количество серы, которую можно таким образом выделить из 1 т природного газа. определите также, какая масса серной кислоты может быть получена, если всю выделенную серу направить в цех производства h2so4.

Answer 1

$\rm 5H_2S + 2KMnO_4 + 6HNO_3 \rightarrow 5S\downarrow + 2Mn(NO_3)_2 + 2KNO_3 + 8H_2O$

Пусть дана 1 т газа; если в нём $x$ кг метана, то $y$ кг $\rm H_2S$. Тогда выполняется следующее:

$\begin{cases} x + y \approx 1000, \\ y = 0{,}05x \end{cases}$
$y\left( 1 + \dfrac{1}{0{,}05}\right) \approx 1000$
$y \approx \dfrac{1000}{21} \approx 47{,}62 \: \mathrm {kg}$

$\rm \mu{(H_2S) = 34$ кг/кмоль, $\rm \nu(H_2S) \approx 1{,}4$ кмоль.

По уравнению реакции, количество серы то же самое. Поэтому масса серы такова:
$m(\mathrm{S}) = \rm 1{,}4 \: kmol \times 32 \: \dfrac{kg}{kmol} = 44{,}8 \: kg$

На 1 моль серы будет изготовлено 1 моль серной кислоты, отсюда
$m(\mathrm{H_2SO_4}) = \rm 98 \: \dfrac{kg}{kmol} \times 1{,}4 \: kmol = 137{,}2 \: kg$

Answer 2

Для решения этого задания, нужно рассмотреть реакцию окисления сероводорода до серы перманганатом калия (KMnO4) в кислой среде. У нас есть начальное количество сероводорода в природном газе, а также хотим узнать, сколько серы и серной кислоты можно получить из этого количества.

Давайте сначала составим уравнение реакции, чтобы определить коэффициенты стехиометрии:

H2S + 2KMnO4 + 3H2SO4 → 2MnSO4 + 2K2SO4 + 2H2O + 3S

Согласно уравнению реакции, 1 моль H2S окисляется 2 молью KMnO4 до 3 молей серы. Теперь нужно найти, сколько моль H2S содержится в 1 тонне (1000 кг) природного газа.

Метан (CH4) - основной компонент природного газа, однако нам известно, что в природном газе содержится до 50 г сероводорода на 1 кг метана. Таким образом, 1 тонна метана содержит 50 кг сероводорода.

Теперь, чтобы найти количество сероводорода в 1 тонне природного газа, нужно просто умножить это количество на 1000 (вес природного газа в килограммах):

50 кг/кг × 1000 кг = 50 000 кг сероводорода

Теперь, чтобы найти количество моль сероводорода, нужно поделить это количество на молярную массу сероводорода (H2S). Молярная масса H2S равна 34,08 г/моль (1 × молярная масса H + 2 × молярная масса S).

50 000 кг / 34,08 г/моль ≈ 1468 моль H2S

Таким образом, получается, что в 1 тонне природного газа содержится 1468 моль H2S. Согласно уравнению реакции, 1 моль H2S дает 3 моля серы. Поэтому общее количество молей серы, которое можно получить из 1 тонны природного газа, равно:

1468 моль H2S × 3 моль S/моль H2S = 4404 моля S

Теперь давайте рассчитаем массу этой серы. Молярная масса серы (S) равна 32,07 г/моль.

4404 моля × 32,07 г/моль ≈ 141 313 г (или 141,313 кг)

Таким образом, получается, что из 1 тонны природного газа можно получить примерно 141,313 кг серы.

В следующей части задания, нужно определить, сколько массы серной кислоты (H2SO4) можно получить, направив всю выделенную серу в цех производства H2SO4. Для этого нужно знать стехиометрическое соотношение между серой и серной кислотой.

В уравнении реакции окисления H2S, мы видим, что 2 моль серы дают 3 моля серной кислоты:
3S + 2H2O → H2SO4

Таким образом, соотношение между молью серы и молью серной кислоты равно 2:3.

Ранее мы нашли, что из 1 тонны природного газа можно получить 4404 моля серы. Для определения массы серной кислоты, нужно использовать это количество молей и молярную массу серной кислоты.

Молярная масса H2SO4 составляет 98,09 г/моль (2 × молярная масса H + молярная масса S + 4 × молярная масса O).

4404 моля × 98,09 г/моль ≈ 431 489 г (или 431,489 кг)

Таким образом, можно получить примерно 431,489 кг серной кислоты, если всю выделенную серу направить в цех производства H2SO4.