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 задачи необходимо выполнить следующие шаги:

1. Найти количество сероводорода в 1 т природного газа.
2. Рассчитать количество перманганата калия, необходимого для окисления всего сероводорода до серы.
3. Найти количество серы, образующейся в результате окисления сероводорода.
4. Найти количество серной кислоты, которое можно получить из образовавшейся серы.

Данные:

• масса 1 моль серы: 32 г;
• масса 1 моль перманганата калия: 158 г.

1. Количество сероводорода в 1 т природного газа: Массовая доля H2S в природном газе: 50 г на 1 кг метана. Молярная масса метана: 16 г/моль. Молярная масса H2S: 34 г/моль.

Тогда массовая доля H2S в природном газе составляет: 50 г H2S / (1 кг метана + 50 г H2S) = 0,0312 кг H2S / кг газа.

Масса природного газа в 1 тонне: 1000 кг. Масса H2S в 1 т природного газа: 0,0312 кг H2S/кг газа x 1000 кг = 31,2 кг H2S.

2. Количество перманганата калия, необходимого для окисления H2S:

2 KMnO4 + 5 H2S + 6 H2SO4 → K2SO4 + 2 MnSO4 + 8 H2O + 5 S

Мольная масса H2S: 34 г/моль. Мольная масса KMnO4: 158 г/моль.

Масса перманганата калия, необходимого для окисления 31,2 кг H2S: 31,2 кг H2S / 34 г/моль = 0,918 моль H2S. 0,918 моль H2S x (2 моль KMnO4 / 5 моль H2S) x 158 г/моль = 58,7 кг KMnO4.

Таким образом, для окисления всего H2S в 1 т природного газа необходимо 58,7 кг перманганата калия.

3. Количество серы, образующейся в результате окисления сероводорода:

Из уравнения реакции видно, что 5 моль H2S дают 5 моль S. Таким образом, 0,918 моль H2S, содержащихся в 1 т природного газа, дадут 0,918 моль S.

Масса выделенной серы: 0,918 моль S x 32