Ví dụ · Tính theo phương trình, hiệu suất và luyện kim · Hoá học 10

Ví dụ 1 (hiệu suất của sản phẩm)

Khử $16\ \text{g}$ $\mathrm{Fe_2O_3}$ bằng CO theo $\mathrm{Fe_2O_3} + \mathrm{3CO} \rightarrow \mathrm{2Fe} + \mathrm{3CO_2}$ . Tính khối lượng Fe lí thuyết, khối lượng Fe thực tế khi hiệu suất $80\%$ và thể tích CO cần (lí thuyết, 25 °C, 1 bar).

Giải. $n(\mathrm{Fe_2O_3}) = 16 / 160 = 0{,}1$ mol. $n(\mathrm{Fe})$ lí thuyết $= 0{,}2$ mol, $m = 0{,}2 \times 56 = 11{,}2$ g. Thực tế: $11{,}2 \times 0{,}8 = 8{,}96$ g. $n(\mathrm{CO}) = 3 \times 0{,}1 = 0{,}3$ mol, $V = 0{,}3 \times 24{,}79 = 7{,}437$ L.

Ví dụ 2 (luyện gang từ quặng)

Quặng hematite chứa $80\%$ $\mathrm{Fe_2O_3}$ . Từ $1$ tấn quặng, hiệu suất $90\%$ , thu bao nhiêu kg Fe? Nếu gang chứa $95\%$ Fe thì khối lượng gang?

Giải. $m(\mathrm{Fe_2O_3}) = 1000 \times 0{,}8 = 800$ kg, $n = 800 / 160 = 5$ kmol. Fe lí thuyết: $2 \times 5 = 10$ kmol $= 560$ kg. Thực tế: $560 \times 0{,}9 = 504$ kg Fe. Gang: $504 / 0{,}95 \approx 530{,}5$ kg.

Bước 1 / 4

Quặng

1

tấn

= 1000

kg chứa

80% F e_{2} O_{3}

:

m (F e_{2} O_{3}) = 1000 \times 0, 8 = 800

kg,

n = 800/160 = 5

kmol.

Ví dụ 3 (thể tích khí CO)

Với dữ kiện ví dụ 2, tính thể tích CO (25 °C, 1 bar) lí thuyết và thể tích theo lượng Fe thực thu.

Giải. Lí thuyết (phản ứng hết $5$ kmol $\mathrm{Fe_2O_3}$ ): $n(\mathrm{CO}) = 3 \times 5 = 15$ kmol, $V = 15 \times 24{,}79 = 371{,}85\ \text{m}^3$ . Theo Fe thực thu: $n(\mathrm{Fe}) = 504 / 56 = 9$ kmol, $n(\mathrm{CO})$ phản ứng $= 9 \times 3 / 2 = 13{,}5$ kmol, $V = 13{,}5 \times 24{,}79 \approx 334{,}67\ \text{m}^3$ .

Ví dụ 4 (tính ngược, chia hiệu suất)

Cần sản xuất $1$ tấn gang chứa $95\%$ Fe. Quặng chứa $80\%$ $\mathrm{Fe_2O_3}$ , hiệu suất cả quá trình $90\%$ . Cần bao nhiêu kg quặng?

Giải. $m(\mathrm{Fe}) = 1000 \times 0{,}95 = 950$ kg. $\mathrm{Fe_2O_3}$ lí thuyết: $\dfrac{950}{56 \times 2} \times 160 \approx 1357{,}14$ kg. Chia hiệu suất: $1357{,}14 / 0{,}9 \approx 1507{,}94$ kg $\mathrm{Fe_2O_3}$ thực dùng. Chia hàm lượng: $1507{,}94 / 0{,}8 \approx 1884{,}92$ kg quặng.

Ví dụ 5 (khử oxide kim loại bằng hydro)

Khử $8\ \text{g}$ CuO bằng $\mathrm{H_2}$ : $\mathrm{CuO} + \mathrm{H_2} \rightarrow \mathrm{Cu} + \mathrm{H_2O}$ . Tính khối lượng Cu, thể tích $\mathrm{H_2}$ cần (25 °C, 1 bar), và khối lượng Cu nếu hiệu suất $75\%$ .

Giải. $n(\mathrm{CuO}) = 8 / 80 = 0{,}1$ mol. $m(\mathrm{Cu}) = 0{,}1 \times 64 = 6{,}4$ g; $V(\mathrm{H_2}) = 0{,}1 \times 24{,}79 = 2{,}479$ L. Hiệu suất $75\%$ : $6{,}4 \times 0{,}75 = 4{,}8$ g Cu.

Ví dụ 6 (chất dư)

Đốt $2{,}4\ \text{g}$ Mg trong $2{,}4\ \text{g}$ $\mathrm{O_2}$ : $\mathrm{2Mg} + \mathrm{O_2} \rightarrow \mathrm{2MgO}$ . Chất nào dư? Tính khối lượng MgO.

Giải. $n(\mathrm{Mg}) = 2{,}4 / 24 = 0{,}1$ mol; $n(\mathrm{O_2}) = 2{,}4 / 32 = 0{,}075$ mol. So sánh $n/\text{hệ số}$ : Mg $0{,}1 / 2 = 0{,}05$ ; $\mathrm{O_2}$ $0{,}075 / 1 = 0{,}075$ . Mg thiếu nên hết; $\mathrm{O_2}$ dư $0{,}075 - 0{,}05 = 0{,}025$ mol ( $0{,}8$ g). $n(\mathrm{MgO}) = 0{,}1$ mol, $m = 0{,}1 \times 40 = 4{,}0$ g.

Ví dụ 7 (sắt cháy trong chlorine)

Đốt $11{,}2\ \text{g}$ Fe trong $\mathrm{Cl_2}$ dư: $\mathrm{2Fe} + \mathrm{3Cl_2} \rightarrow \mathrm{2FeCl_3}$ . Tính khối lượng $\mathrm{FeCl_3}$ và thể tích $\mathrm{Cl_2}$ (25 °C, 1 bar).

Giải. $n(\mathrm{Fe}) = 11{,}2 / 56 = 0{,}2$ mol. $n(\mathrm{FeCl_3}) = 0{,}2$ mol, $m = 0{,}2 \times 162{,}5 = 32{,}5$ g. $n(\mathrm{Cl_2}) = 0{,}3$ mol, $V = 0{,}3 \times 24{,}79 = 7{,}437$ L.

Tính theo phương trình oxi hoá – khử, hiệu suất và luyện kim

01Ví dụ minh hoạ