Контрольная работа по "Химии"

Ректорський контроль’ 2008

Доведіть з фізико-хімічних позицій, що сульфатна кислота належить до числа сильних кислот.

H₂SO₄ має досить великі константи дисоціації по першому і другому ступеню дисоціації:

H₂SO₄ ® H⁺ + HSO₄^-;

HSO₄^- ® H⁺ + SO₄^2-

Порахуйте, скільки кг оксиду сірки (VI) SO₃ міститься в 9 т 92 %-ої сульфатної кислоти H₂SO₄.

6758,96 кг » 6759 кг SO₃.

Чим зумовлено те, що технічна сульфатна  кислота за ДСТУ виробляється українськими підприємствами саме 92-96 %-ою.

Тому, що цим концентраціям приблизно  відповідає евтектична суміш з мінімальною температурою замерзання.

Оксид сірки(IV) зріджується при температурі ~263 К (-10 °С). Як забезпечити його зрідження при температурі вище 289 К (+25 °С)?

Це  може здійснити при відносно невеликому стискуванні (компріюванні) SO₂ (відповідь у цифрах: ~0,414 МПа).

Рекомендуєте  Ви чи ні виробляти або зберігати  олеум (надконцентровану сульфатну  кислоту) в апаратах з чавуна?

Ні, тому що у часі чавун розтріскується з причини проникнення H₂SO₄×SO₃ у пори і дефекти поверхні чавуна, взаємодії з Si, утворення SiO₂ з більшим об’ємом, аніж у Si (далі зрозуміло).

Складіть  схему отримання з вітчизняної  природної сірковмісної сировини сульфідних концентратів кольорових і важких металів (міді, цинку, плюмбуму тощо), а також флотаційного сірчаного колчедану.

Здрібнення  до частинок менших 0,1-0,3 мм, перша флотація (з утворенням концентратів MeS і флотаційних хвостів), друга флотація: флотоколчедан і „пуста порода”.

Розрахуйте  необхідну для добування 1 т мнг (моногідрату) H₂SO₄ кількість сірчистого газу (в нм³), що містить 10 % (об.) оксиду сірки(IV) при його втраті 5 %. Перерахуйте об’єм цього газу в реальний газ (м³) при температурі 773 К.

~2351 нм³; ~6657 м³.

Наведіть  хімічну схему появи оксиду сірки(IV) в викидних газах кольорової металургії (в т.ч. вітчизняної) на прикладі нікельвмісної сировини (сульфідної) з домішками мінералів піриту (FeS₂) і троїліту FeS.

2FeS₂ ® 2FeS + S₂­;

4FeS + 7O₂ ® 2Fe₂O₃ + 4SO₂­;

2NiS + 3 O₂ ® 2NiO + 2SO₂­;

S₂ + 2O₂ ® 2SO₂­

У чому Ви вбачаєте причину екстремальної (якої саме?) температурної залежності в’язкості рідкої сірки?

Спочатку  в’язкість „падає”, а потім до температури ~ 190 °С зростає і знов зменшується. Причина: розрив сполуки октациклосірки на довгі молекули S₈, а потім розрив їх до S₆, S₄ тощо.

Яким  показником характеризують швидкість корозії металевих конструкційних матеріалів у середовищі агресивних хімічних речовин? Як практично її визначити?

Глибинний показник корозії, мм/рік. Визначити у часі зміну маси пластини відомої площі, г/(см²×год).

Вкажіть, як утворюються так звані „травильні розчини”. Яким є їх приблизний склад? Як, на Вашу думку, їх можливо утилізувати?

При травленні (обробки металевих поверхонь сульфатною кислотою) металів.

2-10 % H₂SO₄; 10-25 % FeSO₄.

FeSO₄×nH₂O: переробляти в коагулянт.

Або: FeSO₄×після термічної обробки переробляти в червоний пігмент a-Fe₂O₃; SO₂ – на виробництво H₂SO₄;  H₂SO₄ –розкладати до SO₂ або до S₂, наприклад:

2H₂SO_4(г) ® SO₂ + H₂O +0,5O₂;

2SO₂ + 4H₂ ® 4H₂O + S₂;

2SO₂ + CH₄ ® 2H₂O + S₂ + CO₂.

Якщо  вміст SO₂ в викидних газах виробництва H₂SO₄ складає 0,01 %, то він (вміст SO₂ ) нижче чи вище ГДК на SO₂ в атмосфері робочого (виробничого) приміщення відповідного цеху (10 мг/нм³)?

В 1 м³= 1000 л × 0,0001 = 0,1 л SO₂.

=292 мг/нм³.

Перевищує в 29 разів.

Яким  є механізм негативного впливу сполук фтору на гетерогенні каталізатори з кремнеземною матрицею?

SiO₂ + 4 HF^(г) ® SiF₄­ + 2H₂O.

Дайте пояснення термінам „фактор і  коефіцієнт форми” твердих несферичних  часток.

Відношення d_несфер/d_ш того ж об’єму („фактор форми”).

Відношення F_несфер/F_ш того ж об’єму („коефіцієнт форми”).

Наведіть величину максимально можливої концентрації оксиду сірки(IV) в сірчаному газі при спалюванні сірки в атмосферному повітрі (дозування повітря у піч – за стехіометрією по кисню (оксигену).

За доказом: ~ 21 % об.

Який  з існуючих методів видалення недогарків від печей КШ здається Вам найбільш раціональним? Чому? Запропонуйте свій спосіб.

Є шнековий, з транспортними трубами, гідравлічний, пневмотранспорт, „редлери” зі скребками тощо. Вибір – за студентом, як й його аргументація.

Чому  недогарок (після спалювання сірчаного  колчедану), що містить ~ 50 % феруму, не можна безпосередньо утилізувати в металургійному виробництві? Як його підготувати до утилізації??

Дуже  дрібний, містить залишки сірки. Треба провести агломерування недогарку разом з максимально можливим випалюванням цієї сірки (на агломераційних установках з циркуляцією випалювальних газів, щоб збільшити вміст, %, SO₂ в них).

Зобразити на графіку Х – Т хід процесу контактного окиснення оксиду сірки(IV) в п’ятиполковому контактному апараті з нерухомими шарами ванадієвого каталізатора. Нанесіть на цей же графік також криву X_p=f(T) та лінію оптимальних температур (ЛОТ).

Графік X=f(T), X_p=f(T), ЛОТ, охолодження газу проміж шарами Кт.

Якщо  в викидному газі сульфатнокислотного  виробництва міститься 0.01% SO₂ , то це перевищує чи ні середнедобове ГДК по  SO₂ у атмосфері населених пунктів (0.15 мг/м³)?

Перевищує майже а 2000 разів( приблизно 290 мг/м³)

Надайте фізико-хімічне обґрунтування прогресивній ідеї здійснювати контактне окиснення  оксиду сірки(IV) за схемою: „подвійне контактування – подвійна абсорбція” (ПК-ПА). Чи подальший розвиток цієї ідеї до ПтК-ПтА (потрійне контактування – потрійна абсорбція) є перспективним, з Вашої точки зору? Чому „так” або чому „ні”?

Зсув  рівноваги зворотної реакції  праворуч за рахунок виведення продукту з зони реакції. ПтК-ПтА ще в більшій мірі буде стимулювати цей процес.

Чи  є раціональним, з точки зору рівноваги, збільшення тиску при окисненні  SO₂ у виробництві сульфатної кислоти?

Реакція SO₂ + 0,5О₂ Û SO₃ протікає зі зменшенням об’єму і за принципом Лє-Шателіє, застосування тиску буде сприяти зсуву рівноваги газової реакції праворуч (у бік цільового продукту SO₃), себто є раціональним.

Підрахуйте, чому буде дорівнювати густина газової  суміші при 593 К, якщо при нормальній температурі (293 К) вона (густина) має значення 1,43 кг/м³?

Примітка: тиск суміші –  не змінюється.