Trong hoá học, dung dịch H2SO4 là hoá chất hiện nay được sử dụng…

Chào các em học sinh lớp 9 yêu quý! Hôm nay, thầy/cô sẽ hướng dẫn các em giải một bài toán thực tế rất hay và phổ biến trong chương trình Hóa học. Đây là dạng bài toán tính toán theo sơ đồ phản ứng có hiệu suất, giúp các em hiểu rõ hơn về ứng dụng của axit sunfuric trong công nghiệp hóa chất.

1. Phân tích đề bài và tóm tắt sơ đồ phản ứng

Để sản xuất axit sunfuric từ lưu huỳnh, nhà máy thực hiện chuỗi quá trình chuyển hóa qua các giai đoạn sau:

• Giai đoạn 1: Lưu huỳnh cháy trong không khí sinh ra lưu huỳnh dioxit (SO2).
• Giai đoạn 2: Oxi hóa lưu huỳnh dioxit bằng oxi xúc tác nhiệt độ để tạo ra lưu huỳnh trioxit (SO3).
• Giai đoạn 3: Cho lưu huỳnh trioxit tác dụng với nước để tạo thành axit sunfuric (H2SO4).

Do quá trình sản xuất thực tế không bao giờ đạt hiệu suất tuyệt đối 100%, đề bài đã cho biết hiệu suất của ba công đoạn lần lượt là 90 phần trăm, 64 phần trăm và 80 phần trăm. Mục tiêu của chúng ta là tính khối lượng lưu huỳnh nguyên chất cần dùng trong một ngày.

2. Tính khối lượng axit sunfuric nguyên chất sản xuất trong một ngày

Theo đề bài, mỗi ngày nhà máy sản xuất được 10 tấn dung dịch H2SO4 nồng độ 98 phần trăm. Bước đầu tiên, chúng ta cần tìm khối lượng của H2SO4 nguyên chất (chất tan) có trong lượng dung dịch đó.

Công thức tính khối lượng chất tan bằng khối lượng dung dịch nhân với nồng độ phần trăm rồi chia cho 100.

Áp dụng số liệu vào công thức:

• Khối lượng H2SO4 nguyên chất = 10 nhân với 98 chia cho 100 bằng 9,8 tấn.

3. Tính khối lượng lưu huỳnh cần dùng theo lý thuyết

Dựa vào sơ đồ phản ứng hóa học, theo định luật bảo toàn nguyên tố, ta thấy toàn bộ nguyên tố lưu huỳnh (S) ban đầu cuối cùng đều chuyển hết thành axit sunfuric (H2SO4). Do đó, ta có tỉ lệ mol giữa lưu huỳnh và axit sunfuric là 1 mol lưu huỳnh sinh ra 1 mol axit sunfuric.

Ta có mối quan hệ giữa khối lượng mol:

• Khối lượng mol của lưu huỳnh (S) bằng 32 gam trên mol.
• Khối lượng mol của axit sunfuric (H2SO4) bằng 2 cộng 32 cộng 64 bằng 98 gam trên mol.

Nếu quá trình đạt hiệu suất 100 phần trăm, khối lượng lưu huỳnh lý thuyết cần dùng để sản xuất ra 9,8 tấn axit sunfuric được tính bằng cách lấy khối lượng axit sunfuric nhân với khối lượng mol của lưu huỳnh rồi chia cho khối lượng mol của axit sunfuric:

• Khối lượng lưu huỳnh lý thuyết = 9,8 nhân với 32 chia cho 98 bằng 3,2 tấn.

4. Tính khối lượng lưu huỳnh thực tế cần cung cấp trong một ngày

Vì hiệu suất của từng công đoạn lần lượt là 90 phần trăm, 64 phần trăm và 80 phần trăm, nên hiệu suất chung của toàn bộ quá trình sản xuất sẽ là tích hiệu suất của các giai đoạn thành phần.

Hiệu suất chung của cả quá trình được tính như sau:

• Hiệu suất chung = 90 phần trăm nhân với 64 phần trăm nhân với 80 phần trăm.
• Đổi ra số thập phân: Hiệu suất chung = 0,9 nhân với 0,64 nhân với 0,8 bằng 0,4608, tức là tương đương 46,08 phần trăm.

Vì lưu huỳnh là chất tham gia ở đầu sơ đồ phản ứng, nằm ở phía trước quá trình, nên để tính lượng chất cần dùng thực tế khi biết hiệu suất, ta phải lấy lượng lý thuyết chia cho hiệu suất chung của toàn bộ quá trình.

Thực hiện phép tính:

• Khối lượng lưu huỳnh thực tế cần cung cấp = 3,2 chia cho 0,4608 bằng khoảng 6,944 tấn.

5. Kết luận

Vậy khối lượng lưu huỳnh nhà máy cần cung cấp đủ dùng trong một ngày là khoảng 6,944 tấn.

Qua bài tập này, các em cần ghi nhớ phương pháp tính toán xuyên suốt theo bảo toàn nguyên tố và chú ý chiều của hiệu suất (chất tham gia ở đầu sơ đồ thì lấy lý thuyết chia cho hiệu suất, còn chất sản phẩm ở cuối sơ đồ thì lấy lý thuyết nhân với hiệu suất). Chúc các em học tập thật tốt!