ПЕДАГАГІЧНАЯ СКАРБОНКА
Химия · 9 класс · § 24
Открываем, наблюдаем, объясняем

§ 24. Химические реакции получения серной кислоты. Практический выход продукта

Как устроена цепочка производства кислоты и почему реальная масса меньше расчётной?

Обучающая модель4 смысловых раздела10 вопросов
Главный вопрос

Как устроена цепочка производства кислоты и почему реальная масса меньше расчётной?

Исследуем вместе

Сколько кислоты получится на практике

Из 32 г S теоретически получается 98 г H₂SO₄. Меняй выход: полоса отделяет полученный продукт от недополученного.

98 г — расчётная масса чистой H₂SO₄, а не масса раствора произвольной концентрации.

Схема объясняет процесс; размеры, расстояния и цвета частиц условны. Это учебная модель, а не инструкция проведения опыта.

01

Сырьё сначала превращают в SO₂

Серу можно получить из разных природных и промышленных источников, но дальнейшая цепочка производства кислоты сходится к SO₂. При сжигании серы S + O₂ → SO₂. При окислении пирита получается также оксид железа(III).

Уравнение 4FeS₂ + 11O₂ → 2Fe₂O₃ + 8SO₂ сохраняет Fe, S и O. В одной формульной единице FeS₂ два атома серы, поэтому один моль пирита может дать два моля SO₂ при полном превращении. Это важно для расчёта выхода кислоты.

Сера

S + O₂ → SO₂

Пирит

4FeS₂ + 11O₂ → 2Fe₂O₃ + 8SO₂

Счёт серы

1 моль FeS₂ → 2 моль SO₂

Серу можно получить из разных природных и промышленных источников, но дальнейшая цепочка производства кислоты сходится к SO₂. При сжигании серы S + O₂ → SO₂.

02

От SO₂ к кислоте — несколько стадий

SO₂ окисляют кислородом до SO₃ в присутствии катализатора. Процесс обратим и зависит от условий. Газовую смесь предварительно очищают, потому что примеси могут снижать активность катализатора и загрязнять продукт.

SO₃ поглощают серной кислотой с последующим доведением состава водой; прямое смешение газа с водой создаёт кислотный туман. Суммарная химическая запись SO₃ + H₂O → H₂SO₄ верна по составу, но не описывает весь аппаратный процесс.

Получение SO₂

Окисление серосодержащего сырья

Очистка газов

Удаление мешающих примесей

Контактное окисление

2SO₂ + O₂ ⇌ 2SO₃

Поглощение и доведение

Получение H₂SO₄ нужного состава

SO₂ окисляют кислородом до SO₃ в присутствии катализатора. Процесс обратим и зависит от условий.

Кристалл серы

Сера — пример твёрдого простого вещества неметалла.

Aram Dulyan · Wikimedia Commons · Public domain. Без изменений.

Лабораторная стеклянная посуда

Лабораторная посуда помогает наблюдать вещества и их превращения в контролируемых условиях.

Diane A. Reid / National Cancer Institute · Wikimedia Commons · Public domain. Без изменений.

03

Практический выход сравнивают с теоретическим

Теоретическую массу продукта рассчитывают по уравнению при полном превращении выбранного сырья. Практическая масса — действительно полученная. Отношение η = m(практ.)/m(теор.) показывает долю реализованного результата; проценты получают умножением на 100.

Если расчёт обещал 100 кг продукта, а получено 85 кг, выход равен 85 %. Неполное превращение, побочные реакции и потери уменьшают результат. Массовую долю примеси в сырье учитывают до расчёта теоретической массы, а не смешивают с выходом.

ВеличинаСмыслПример
Теоретическая массаМаксимум по уравнению100 кг
Практическая массаПолучено фактически85 кг
Выход85/100 · 100 %85 %

Теоретическую массу продукта рассчитывают по уравнению при полном превращении выбранного сырья. Практическая масса — действительно полученная.

04

Расчёт связывает серу с кислотой

По сохранению атомов S один моль серы может дать один моль H₂SO₄, если остальные реагенты в избытке. Из 32 г S теоретически получится 98 г кислоты. При выходе 80 % практическая масса составит 98 · 0,80 = 78,4 г.

Если нужна заданная практическая масса, сначала делят её на долю выхода, получая теоретическую. Затем по стехиометрии находят сырьё. Деление на число 80 вместо 0,80 даёт ошибку в сто раз, поэтому запись процентов проверяют отдельно.

S

32 г = 1 моль

Теоретически H₂SO₄

1 моль = 98 г

Выход

80 % = 0,80

Практически

98 · 0,80 = 78,4 г

По сохранению атомов S один моль серы может дать один моль H₂SO₄, если остальные реагенты в избытке. Из 32 г S теоретически получится 98 г кислоты.

Соберём главное

Шесть выводов

01Серу можно получить из разных природных и промышленных источников, но дальнейшая цепочка производства кислоты сходится к SO₂. При сжигании серы S + O₂ → SO₂.
02SO₂ окисляют кислородом до SO₃ в присутствии катализатора. Процесс обратим и зависит от условий.
03Теоретическую массу продукта рассчитывают по уравнению при полном превращении выбранного сырья. Практическая масса — действительно полученная.
04По сохранению атомов S один моль серы может дать один моль H₂SO₄, если остальные реагенты в избытке. Из 32 г S теоретически получится 98 г кислоты.
05SO₃ поглощают серной кислотой с последующим доведением состава водой; прямое смешение газа с водой создаёт кислотный туман. Суммарная химическая запись SO₃ + H₂O → H₂SO₄ верна по составу, но не описывает весь аппаратный процесс.
06Если нужна заданная практическая масса, сначала делят её на долю выхода, получая теоретическую. Затем по стехиометрии находят сырьё.
Тест по параграфу10 вопросов · 4 варианта · один правильный · 0,5 балла за ответ · максимум 5
1. Первый газ цепочки производства из S?
2. Один моль FeS₂ содержит сколько молей S?
3. Какая стадия использует каталитическое окисление?
4. Зачем очищают газ перед катализатором?
5. Почему реальная стадия поглощения сложнее SO₃ + H₂O?
6. Формула выхода продукта?
7. Получено 85 кг из теоретических 100 кг. Выход?
8. Из 32 г S теоретически H₂SO₄ получается…
9. При выходе 80 % от 98 г результат?
10. Как получить теоретическую массу по практической и η?

Учебный источник и иллюстрации

Основа: предоставленный учебник «Химия, 9 класс», § 24. Материал переработан для объяснения; источник: 9 класс. Химия — § 24. Химические реакции получения серной кислоты.pdf. Научные уточнения учитывают различие молекулярного и немолекулярного строения и границы учебных моделей.

Иллюстрации загружаются непосредственно с Wikimedia Commons; авторы и лицензии указаны под изображениями. Схемы и обучающие модели созданы для этого конспекта.

Royal Society of Chemistry: данные о химических элементах
↑

Загрузка прогресса…