Какое количество железа и 94% серной кислоты необходимо добавить в 400 л раствора 25% серной

Ответы на вопрос

Отвечает Танян Евгений.

Для решения этой задачи определим необходимое количество железа и концентрированной серной кислоты, а затем вычислим итоговое содержание сульфатов в растворе.

Шаг 1: Определение массы железа

Нам нужно добиться содержания железа в растворе 100 г/л, при этом объем исходного раствора — 400 л.

Общая масса железа, которую нужно добавить:

m_{Fe} = 100 \text{ г/л} \times 400 \text{ л} = 40 000 \text{ г} = 40 \text{ кг}

Шаг 2: Реакция железа с серной кислотой

Железо реагирует с серной кислотой по уравнению:

Fe + H_2SO_4 \rightarrow FeSO_4 + H_2

Из уравнения видно, что 1 моль железа (56 г) реагирует с 1 моль H₂SO₄ (98 г), образуя 1 моль FeSO₄ (152 г).

Таким образом, для 40 кг (40 000 г) железа потребуется:

m_{H_2SO_4} = \frac{98}{56} \times 40 000 = 70 000 \text{ г} = 70 \text{ кг}

Шаг 3: Определение объема концентрированной серной кислоты (94%)

Концентрированная серная кислота содержит 94% H₂SO₄ по массе. Определим необходимую массу 94% кислоты:

m_{\text{раствора H_2SO_4 94%}} = \frac{70}{0.94} = 74.47 \text{ кг}

Так как плотность 94% H₂SO₄ при 60°C составляет примерно 1.82 г/см³ (1.82 кг/л), найдем объем:

V_{\text{H}_2SO_4 94\%} = \frac{74.47}{1.82} = 40.92 \text{ л}

Шаг 4: Определение конечного содержания сульфатов

Сульфаты в растворе образуются как из серной кислоты, так и из сульфата железа. Рассчитаем их суммарную массу.

1. Сульфаты из серной кислоты в исходном растворе

Исходный раствор серной кислоты 25% содержит:

m_{\text{H}_2SO_4 25\%} = 0.25 \times 400 \times 1.2 = 120 \text{ кг}

(плотность 25% H₂SO₄ ≈ 1.2 кг/л).

В пересчете на сульфаты (SO₄²⁻), они составляют:

m_{\text{SO}_4^{2-} (из H_2SO_4 25\%)} = \frac{96}{98} \times 120 = 117.55 \text{ кг}

2. Сульфаты из добавленной 94% серной кислоты

Добавили 74.47 кг 94% H₂SO₄, содержащей:

m_{\text{SO}_4^{2-} (из H_2SO_4 94\%)} = \frac{96}{98} \times 70 = 68.57 \text{ кг}

3. Сульфаты из FeSO₄

Из 40 кг железа образуется сульфат железа FeSO₄, содержащий SO₄²⁻ в количестве:

m_{\text{SO}_4^{2-} (из FeSO_4)} = \frac{96}{152} \times 108.57 = 68.57 \text{ кг}

(масса FeSO₄ = 108.57 кг, рассчитанная по стехиометрии).

Общее содержание сульфатов

m_{\text{SO}_4^{2-} \text{ общее}} = 117.55 + 68.57 + 68.57 = 254.69 \text{ кг}

Шаг 5: Итоговый объем раствора

V_{\text{общий}} = 400 + 40.92 = 440.92 \text{ л}

Шаг 6: Концентрация сульфатов

C_{\text{SO}_4^{2-}} = \frac{254.69}{440.92} \approx 0.578 \text{ кг/л} = 578 \text{ г/л}

Вывод

Необходимо добавить 40 кг железа.
Необходимо добавить 40.92 л (74.47 кг) 94% серной кислоты.
Итоговое содержание сульфатов в растворе составит 578 г/л.

Последние заданные вопросы в категории Химия