Методические указания для студентов I курса, обучающихся дистанционно по специальности 080502 «Экономика и управление на предприятии (строительство)»






НазваниеМетодические указания для студентов I курса, обучающихся дистанционно по специальности 080502 «Экономика и управление на предприятии (строительство)»
страница1/4
Дата публикации06.06.2015
Размер0.84 Mb.
ТипМетодические указания
e.120-bal.ru > Химия > Методические указания
  1   2   3   4


Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования
Воронежский государственный архитектурно-строительный университет

№ 420

КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ ПО ХИМИИ


Методические указания для студентов I курса,

обучающихся дистанционно по специальности 080502

«Экономика и управление на предприятии (строительство)»

Воронеж 2009



Составлено в соответствии с изданием
УДК 54.00

ББК 24.00
Составители О. Р. Сергуткина, В. В. Шаталова, О. В. Слепцова

Контрольные задания по химии: метод. указания для студентов I курса заочного обучения специальности ЭУП / Воронеж. гос. арх.- строит. ун–т.; сост.: О. Р. Сергуткина, В. В. Шаталова, О. В. Слепцова. – Воронеж, 2004. − 70 с.

Методические указания предназначены для самостоятельной работы студентов при изучении курса химии. Указания включают содержание дисциплины, контрольные задания, примеры решения задач, рекомендуемую литературу.

Содержание дисциплины соответствует государственному образовательному стандарту для специальности 060802 « Экономика и управление на предприятии (строительство)», утвержденному 17. 03.2000 г.

Контрольные задания составлены в соответствии с теоретической частью курса и отражают физико–химические закономерности, управляющие процессами в строительной отрасли.


Табл. 7. Библиогр.: 4 назв.

Печатается по решению редакционно – издательского совета Воронежского государственного архитектурно – строительного университета


Рецензент – доцент кафедры химии ВГАСУ,

кандидат химических наук Г. Г. Кривнева

Оглавление

страница

Введение

3

Тема 1. Систематика химических законов. Свойства химических элементов

и их соединений


4

1.1. Основные стехиометрические законы и расчеты по уравнениям реакций

4

1.2. Классы неорганических соединений

9

1.3. Расчет математического баланса технологического процесса

12

Тема 2. Общие закономерности химических процессов

16

2.1. Энергетика и направленность химических процессов

17

2.2. Химическая кинетика и равновесие

20

Тема 3. Растворы и их применение в строительстве

25

3.1. Общие свойства растворов

25

3.2. Растворы электролитов

28

Библиографический список

32

Варианты контрольных заданий

35




Введение



Химия относится к числу фундаментальных дисциплин в подготовке инженера–экономиста. В ней закладываются естественнонаучные основы отраслевой технологии и даются общие представления о тенденциях развития научно–технического прогресса строительства. Инженер–экономист должен уметь использовать в своей работе достижения химии, помогающие решать вопросы экономической целесообразности принимаемых решений.

Курс химии служит базой изучения общетехнических и специальных дисциплин, в результате изучения которых студент должен усвоить фундаментальные физико–химические закономерности, лежащие в основе технологических процессов строительного производства: энергетику и направленность процессов, химическую кинетику и равновесие, а также свойства химических элементов и их соединений, характерные специфические свойства дисперсных систем, растворов и полимерных материалов, используемых в технологии строительства, вопросы коррозии и защиты металлов.

Студенты должны овладеть навыками работы с учебной литературой, научиться применять теоретические знания для решения конкретных расчетных задач.

Контрольные задания выполняются студентом в межсессионный период. Вариант задания соответствует двум последним цифрам студенческого билета (шифра). Например, номер студенческого билета 03 – 28 – 635, две последние цифры 35, им соответствует вариант 35 (Варианты контрольных заданий). Контрольная работа выполняеется в тетради с обязательной записью условия задания и полного ответа на все поставленные вопросы.

Кафедрой химии организуются консультации, на которых преподаватель помогает студенту преодолеть трудности, возникшие в ходе самостоятельной работы.


Тема 1. СИСТЕМАТИКА ХИМИЧЕСКИХ ЗАКОНОВ. СВОЙСТВА ЭЛЕМЕНТОВ И

ИХ СОЕДИНЕНИЙ
СОДЕРЖАНИЕ МАТЕРИАЛА ТЕМЫ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО ИЗУЧЕНИЯ
Систематика химических законов и их использование для расчета материальных балансов технологических процессов.

Металлы и неметаллы; классы химических соединений; получение, свойства, практическое применение неорганических соединений; типы химических реакций и их практическое использование.

Литература: [2 - Введение, §§ 1…3], [3 - гл. I, II].
1.1. ОСНОВНЫЕ СТЕХИОМЕТРИЧЕСКИЕ ЗАКОНЫ И

РАСЧЕТЫ ПО УРАВНЕНИЯМ РЕАКЦИЙ

Типовая задача

Одним из процессов твердения извести (Са(ОН)2) является ее карбонизация под воздействием углекислого газа – СО2, содержащегося в воздухе:

Са (ОН)2 + СО2 → СаСО3 2О.

Во взаимодействии вступает 7, 4 кг извести.

Рассчитайте:

а) молярную массу, массу I моль и I молекулы гидроксида кальция;

б) объем углекислого газа, измеренный при нормальных условиях, а также при температуре 270С и давлении 101 кПа, требующегося для карбонизации извести;

г) число молекул воды, образовавшихся при карбонизации извести и массовую долю кислорода в воде;

в) массу фактически образовавшегося карбоната кальция, если массовая доля выхода составляет 0.8.
Решение.

а. Количеством вещества (ν) называется величина, определяемая числом структурных единиц системы (атом, молекула, ион и т.д). Единицей количества вещества является моль. Между количеством вещества, его массой (m) и молярной массой (М) существует соотношение:

M = m / ν, г/моль (1)

Молярная масса численно равна относительной молекулярной массе, которая вычисляется по табличным данным. Следовательно, молярная массса гидроксида кальция:

М (Са(ОН)2) = 40 + 2(16+1) = 74 г/моль

Масса одного моль: m = M· ν =74 г/моль·1 моль = 74 г

В 1 моль вещества содержится число структурных элементов, равное постояннной Авогадро Nа= 6·1023 моль-1. Масса одной частицы (mo) вычисляется по соотношению

mo= М / Nа (2)

Поэтому масса 1 молекулы гидроксида кальция составляет
mo= (Са( ОН)2)= 74 / 6 · 1023 =12.3· 10 ‾ 23 г.
б. В основу написания уравнений химических реакций положен закон сохранения массы веществ. Для расчетов по химическим уравнениям над формулами записываются данные, указанные в условии задачи, и величины, которые нужно определить, под формулами - молярные массы (молярный объем), массы и объемы веществ, рассчитанные по уравнению реакции.

7.4·103 г V(CO2)

Ca(OH)2 + CO2 CaCO3 + H2O ,

ν = 1моль ν = 1 моль

M = 74 г/моль V m = 22.4 дм3/моль

M = 74 г V= 22.4 дм3

где 22.4 дм3/моль ─ Vm, то есть объем, занимаемый 1моль газа при нормальных условиях (н.у.).

Составляя пропорцию, находим объем углекислого газа:

V(CO2) = (7.4·103 ·22.4) : 74 = 2240 дм3.

Объем газа для условий, отличных от нормальных,, рассчитывается по уравнению

PV = ν R T , (3)

где P – давление, кПа;

V- объем газа, дм3;

ν - количество газа, моль;

R – универсальная газовая постоянная, 8,31 Дж/(моль·К);

T - температура, К.
Объем углекислого газа, требующийся для карбонизации 7.4 кг извести, составляет 2240 дм3, что соответствует 100 моль, так как один моль занимает при н.у. объем 22.4 дм3. Поэтому V1(CO2) при 270C и 101 кПа будет равен

V 1 CO2) = ( ν • R • Т ) / Р = 100 •8.31•(273+27) /101 = 2468 дм3.
в. Отношение массы фактически полученного продукта к массе вещества, которое должно получиться теоретически, называется массовой долей выхода продукта - η :

η = m факт. : m теор. ( 4 )

По уравнению химической реакции рассчитывается теоретическая масса вещества.

7, 4·103 г m (СаСО3)

Са(ОН)2 + СО2 = СаСО3 + Н2О,

74 г 100 г

следовательно:

m теор.(СаСO3) = (7.4·103 ·100) : 74 = 10000 г =10 кг,

и m факт.(CaCO3) = 0.8·10 кг = 8кг.

г. 7.4 ·103 г m(H2O)

Ca (OH) 2 + C O 2 = CaCO3 + H2O.

74 г 18 г

Масса образовавшейся воды:

m (H2O) = (7.4·103 · 18 ) : 74 = 1800 г,

что составляет ν = m / M = 1800 : 18 = 100 моль.

Поскольку в 1 моль вещества содержится 6·1023 молекул, то получено 6·1025 молекул воды.

Массовая доля элемента (ω (эл)) вычисляется по соотношению

ω (эл) = A r (эл) · n / M r, (5)

где A r - относительная атомная масса элемента,

n - число атомов элемента в молекуле,

M r - относительная молекулярная масса вещества.

ω (O) = 16 ·1 / 18 = 0.89 или 89%.

КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ
1. Гидроксид кальция, входящий в состав строительных материалов на основе минеральных вяжущих веществ, взаимодействует с оксидом серы, содержащимся в воздухе:

Сa (OH)2 + SO2 → CaSO3 + H2O .

Во взаимодействие вступает 74 кг извести.

Рассчитайте:

а) молярную массу, массу 1моль и 1 молекулы сульфита кальция (Сa SO3 );

б) объем оксида серы, требующегося для взаимодействия с известью, измеренный при нормальных условиях, а также при температуре 20 0С и при давлении 90 кПа;

в) массу фактически образовавшегося сульфита кальция, если массовая доля выхода составляет 0, 75;

г) число молекул S O2, вступивших в реакцию, и массовую долю серы в оксиде.
2. При получении портландского цемента из сырьевых материалов синтезируются различные силикаты кальция, в частности, трехкальциевый силикат 3 CaO ·Si O2 (Ca3SiO5 ):

3 CaO + SiO2 → Ca3SiO5.

Рассчитайте:

а) молярную массу, массу 1 моль и 1 молекулы диоксида кремния (SiO2);

б) остается ли свободная (непрореагировавшая ) известь (СaO), если ее взять 168 кг , а песка ( SiO2 ) – 60 кг;

в) массу образовавшегося при этом трехкальциевого силиката, если массовая доля выхода составляет 0.6;

г) число молекул, содержащихся в 168 кг CaO и массовую долю кислорода в нем.

3. Карбонатная пленка (CaCO3) на поверхности строительных изделий, изготовленных с использованием извести, разрушается во влажном воздухе, содержащим углекислый газ, с образованием растворимого гидрокарбоната:

CaCO3 + H2O + CO2 → Ca(HCO3)2 .

В реакцию вступает 10 кг CaCO3 .

Рассчитайте:

а) молярную массу, массу 1 моль и 1 молекулы карбоната кальция;

б) объем углекислого газа (CO2), необходимый для растворения карбонатной пленки,

измеренный при нормальных условиях, а также при температуре 17 0С и давлении 101 кПа;

в) массу фактически образовавшегося Ca ( HCO3 ) 2, если массовая доля выхода составляет 0.85.
4. Содержащийся в природном газе сероводород (H2 s) при сжигании топлива окисляется по уравнению

2 h2 s + 3 o2 → 2 so2 + 2 h2o .

В реакцию вступает 34 кг сероводорода.

Рассчитайте:

а) молярную массу, массу 1 моль и 1 молекулы сероводорода;

б) объем кислорода, измеренный при нормальных условиях, а также при температуре 200 0С и давлении 202 к Па, требующийся для сжигания сероводорода;

в) массу фактически образовавшегося оксида серы, если массовая доля выхода составляет 0.6; массовую долю серы в SO2;

г) число образовавшихся молекул воды.

5. Гидроксид магния, входящий в состав строительных материалов на основе минеральных вяжущих веществ, взаимодействует с оксидом серы (IV), содержащимся в воздухе:

mq(oh) 2 + so2 → mqso3 + h2o.

в реакцию вступает 580 г гидроксида магния.

Рассчитайте:

а) молярную массу, массу 1 моль и 1 молекулы Mq(OH) 2;

б) объем SO2, расходуемого на взаимодействие с гидроксидом магния, измеренный при нормальных условиях, а также при 270С и давлении 101 к Па;

в) массу фактически образовавшегося сульфита магния (MqSO3), если массовая доля выхода составляет 0.75; массовую долю магния в сульфите магния;

г) число образовавшихся молекул воды.

6. В процессе получения строительных материалов на основе извести (CaO) и кварцевого песка ( SiO2) образуются силикаты кальция, в частности, монокальциевый силикат – CaO · SiO2 (CaSiO3):

CaО + SiO2 → CаSiO3 .

В реакцию вступает 56 кг извести.

Рассчитайте:

а) молярную массу, массу 1 моль и 1 молекулы оксида кремния (IV) (SiO2);

б) массу кварцевого песка, требующуюся для взаимодействия с известью;

в) массу фактически образовавшегося силиката кальция, если массовая доля выхода составляет 0.9;

г) число молекул СаО, содержащихся в 56 кг извести, и массовую долю кислорода в СаО.
7. Процесс разложения известняка при получении воздушной строительной извести выражается уравнением

СаСО3 → СаО + СО2 .

В реакцию вступает одна тонна известняка.

Рассчитайте:

а) молярную массу, массу 1 моль и 1 молекулы СаСО3;

б) объем образовавшегося углекислого газа (СО2), измеренный при нормальных условиях и при температуре 9000С и давлении 101 кПа;

в) массу фактически полученной извести, массовая доля выхода составляет 0, 8;

г) массовую долю кальция в СаО.
8. Оксид магния, входящий в состав строительных материалов на основе минеральных вяжущих веществ, образует сульфит магния при взаимодействии с оксидом серы (IV), содержащимся в воздухе:

Мg O + SO2 → MgSO3.

В реакцию вступает 400 г оксида магния.

Рассчитайте:

а) молярную массу, массу 1 моль и 1 молекулы МgО;

б) объем SО2, измеренный при нормальных условиях, а также при 270С и давлении 101 кПа, требующегося для взаимодействия с оксидом магния;

в) массу фактически образовавшегося сульфита магния, если массовая доля выхода составляет 75 %;

г) число молекул оксида серы (IV), вступивших в реакцию, и массовую долю серы в SO2.

9. При получения клинкера портландского цемента из сырьевых материалов синтезируются различные силикаты кальция, в частности, двухкальциевый силикат 2СаО • SiO2 ( CaSiO4)

2CaO + SiO2 → Ca2SiO4.

Рассчитайте:

а) молярную массу, массу 1 моль и 1 молекулы СаО;

б) останется ли свободная (непрореагировавшая) известь (СаО), если ее взять 120 кг, а песка (SiO2) – 59 кг;

в) массу образовавшегося при этом двухкальциевого силиката, если массовая доля выхода составляет 0,95;

г) число молекул, содержащихся в 59 кг SiO2, и массовую долю кремния в нем.
10. Соляная кислота, попадая на известковые изделия, разрушает их:

2 hci + ca(oh )2 → caci2 + h2o .

в реакцию вступает 14.8 кг гидроксида кальция (Ca(OH)2).

Рассчитайте:

а) молярную массу, массу 1 моль и 1молекулы НСI;

б) объем водяных паров, если его измерить при температуре 1000С и давлении 120 кПа, а также объем, приведенный к нормальным условиям;

в) массу фактически образовавшегося при этом CaCI2, если массовая доля выхода составляет 70 %;

г) число молекул HCI, вступивших в реакцию, и массовую долю хлора в соляной кислоте.
11. В производстве газосиликата в качестве газообразователя используется алюминий, который реагирует с известью с образованием водорода и трехкальциевого алюмината (cao·al2O3(Ca3Al2O6)):

2 Al + 3 Ca(OH)2 → Ca3Al2O6 + 3 H2 .

В реакцию вступает 540 г алюминия.

Рассчитайте:

а) молярную массу, массу 1моль и 1атома алюминия;

б) объем фактически образовавшегося водорода, измеренный при нормальных условиях, а также при температуре 175 0С и давлении 800 к Па, если массовая доля выхода составляет 0.9;

в) массу и число молекул Са(ОН)2, вступивших в реакцию;

г) массовую долю оксида кальция в трехкальциевом алюминате;
12. При получении автоклавных строительных материалов входящий в состав сырья оксид магния (MqO) взаимодействует с парами воды:

MqO + H2O → Mq(OH)2.

В реакцию ступает 400 г оксида магния.

Рассчитайте:

а) молярную массу, массу 1моль и 1 молекулы воды;

б) объем водяного пара, требующегося для реакции и измеренный при нормальных условиях, а также при температуре 300 0С и давлении 200 кПа;

в) массу фактически образовавшегося гидроксида магния (Mq(OH)2), если массовая доля выхода составляет 0.8;

г) число молекул MqO, вступивших в реакцию, массовую долю магния в нем.
13. Сгорание главного компонента природного газа (метана) CH4 описывается уравнением:

CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O.

В реакцию вступает 160 г метана.

Рассчитайте:

а) молярную массу, массу 1 моль и 1молекулы СН4;

б) объем полученного углекислого газа (СО2), измеренный при нормальных условиях, а также при температуре 300 0С и давлении 130 кПа;

в) массу фактически полученных водяных паров, если массовая доля выхода составляет 70%;

г) число молекул метана, вступивших в реакцию, и массовую долю углерода в СН4.
14. При получении клинкера портландского цемента из сырьевых материалов синтезируются алюминаты кальция, в частности, монокальциевый алюминат (Ca O · Al 2 O3 ( CaAl2O4)):

CaO + Al2O3 → CaAl2O4.

Рассчитайте:

а) молярную массу, массу 1 моль и 1 молекулы Al2O3;

б) останется ли свободная (непрореагировавшая) известь (СаО), если ее взять 60 кг, а глинозема (Al2O3)- 102 кг;

в) массу фактически образовавшегося при этом монокальциевого алюмината, если массовая доля выхода составляет 80%;

г) число молекул, содержащихся в 102 кг Al2O3, и массовую долю кислорода в нем.
15. Оксид кальция, входящий в состав строительных материалов на основе минеральных вяжущих веществ, образует сульфит при взаимодействии с оксидом серы (IV), находящимся в воздухе:

CaO + SO2 → CaSO3 .

В реакцию вступает 112 кг СаО.

Рассчитайте:

а) молярную массу, массу 1 моль и 1молекулы СаО;

б) объем SO2, вступающий во взаимодействие с известью, и измеренный при нормальных условиях, а также при температуре 17 0С и давлении 101 к Па,;

в) массу фактически полученного сульфита кальция, если массовая доля выхода составляет 0.9;

г) число молекул оксида серы (IV), вступивших в реакцию, и массовую долю серы в SO2 .

1.2. КЛАССЫ НЕОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ
Простые химические вещества делятся на две группы: металлы и неметаллы. Сложные неорганические вещества образуют три основных класса соединений: оксиды, гидроксиды, соли.

Оксиды — соединения, состоящие из двух элементов, одним из которых является кислород (имеющий в оксидах валентность II и степень окисления –2). По химическим свойствам оксиды могут быть оснόвными, амфотерными, кислотными.

Гидроксиды — продукты прямого или косвенного взаимодействия оксидов с водой. Прямое взаимодействие возможно в том случае, если соответствующий гидроксид растворим. В зависимости от свойств оксидов гидроксиды могут быть основными (основания, щелочи), амфотерными, кислотными (кислоты). Существуют также бескислородные кислоты (например, HCl, H2S), которые не являются гидратами оксидов.

Согласно принципу кислотно-основного взаимодействия химическая реакция возможна в том случае, если одно вещество проявляет кислотные свойства, а другое – основные. В результате реакции всегда образуется соль.

МЕТАЛЛ основный (+ Н2О) основание

→ ОКСИД амфотерный — → ГИДРОКСИД амфотерный → СОЛЬ

НЕМЕТАЛЛ кислотный кислота

Номенклатура солей основана на названиях кислотных остатков (табл. 1).

Таблица 1

Названия некоторых неорганических кислот и солей



Кислотный

Оксид

Кислота

Название

Кислоты

Соль

Название соли

N2O3

HNO2
Азотистая

KNO2

Нитрит калия

N2O5

HNO3

Азотная

Ca(NO3)2

Нитрат кальция



HCl

Соляная

FeCl2

Хлорид железа (II)



H2S

Cероводородная

PbS

Сульфид свинца


SO2


H2SO3


Сернистая


ZnSO3

Сульфит цинка

SO3

H2SO4

Серная

CuSO4

Сульфат меди(II)

CO2

H2CO3

Угольная

MqCO3

Карбонат магния

SiO2

H2SiO3

Кремниевая

Al2 (SiO3 )3

Силикат алюминия

P2O5

H3PO4

Ортофосфорная

Na3PO4

Ортофосфат натрия



КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ
16. Составьте два уравнения получения хлорида натрия:

а) реакцией соединения металла и неметалла;

б) реакцией нейтрализации.

Укажите название исходных веществ.
17. Составьте уравнения получения оксида магния двумя путями:

а) реакцией разложения карбоната;

б) реакцией окисления металла.
18. Составьте уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить превращения:

C → CO2 → H2CO3 → CaCO3 .

Укажите названия всех соединений. Какие из данных веществ находят применение в строительстве?
19. С какими из перечисленных веществ: гидроксид натрия, серная кислота, оксид цинка, нитрат калия, карбонат кальция будет реагировать соляная кислота? Напишите уравнения реакции и укажите названия продуктов реакции.
20. Составьте два уравнения получения сульфида калия:

а) реакцией соединения металла и неметалла;

б) реакцией нейтрализации.

Укажите названия исходных веществ.
21. Составьте реакции получения нерастворимых в воде гидроксида железа(II) и гидроксида железа(III). Укажите названия исходных веществ.
22.Составьте три уравнения соединения оксидов с водой, приводящих к образованию кислот. Укажите названия всех соединений.
23. Составьте уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить превращения:

Mq → MqO → MqSO4 → Mq(OH)2 → Mq Cl2 .

Укажите названия всех соединений. Какие из данных веществ находят применение в строительстве?
24. С какими из перечисленных ниже веществ: серная кислота, оксид калия, гидроксид цинка, сульфат меди (II), углекислый газ будет реагировать гидроксид натрия? Напишите уравнения реакций и укажите названия продуктов реакции.
25. Составьте уравнения реакций получения карбоната кальция двумя путями:

а) соединением двух оксидов;

б) взаимодействием двух растворимых солей.

Какой из данных путей используется в производстве минеральных вяжущих веществ?
26. Составьте два уравнения получения хлорида кальция:

а) реакцией соединения металла и неметалла;

б) реакцией нейтрализации.

Укажите названия исходных веществ.
27. Составьте уравнения получения оксида кальция двумя путями:

а) реакцией разложения карбоната;

б) реакцией окисления металла.

Какой из данных процессов используется в технике для производства воздушной извести?
28. Составьте два уравнения соединения оксидов с водой, приводящих к образованию щелочей (растворимых в воде оснований). Укажите названия всех соединений.
29. Составьте уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить превращения:

Fe → FeO → Fe2 O3 → FeCl3 → Fe(OH)3 .

Укажите названия всех соединений.
30. Составьте два уравнения получения сульфата цинка:

а) реакцией замещения металлом водорода соответствую щей кислоты;

б) реакцией нейтрализации.

Укажите названия исходных веществ.

1.3. РАСЧЕТ МАТЕРИАЛЬНОГО БАЛАНСА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
Технологические расчеты, как правило, начинаются с выбора метода производства, решающую роль в котором играет экономика процесса. Технологи всегда стремятся к тому, чтобы процесс был осуществлен по непрерывной схеме, сырье расходовалось достаточно полно, было меньше отходов производства, готовый продукт получался с большим выходом, все операции были механизированы, а режим поддерживался автоматически.

Составив технологическую схему производства и определив основные направления потоков сырья, полупродуктов или полуфабрикатов, а также готовой продукции, приступают к составлению материального и энергетического балансов.

Материальный баланс – вещественное выражение закона сохранения массы веществ, согласно которому во всякой замкнутой системе масса веществ, вступивших в реакцию (приход), равна массе веществ, получившихся в результате реакции (расход).

Предположим, что технологический процесс основан на химической реакции, которая протекает по схеме

аА + b В = dД + еЕ,

где А, В - исходное сырье;

Д - основной продукт;

Е - побочный продукт;

а, b, d, e - стехиометрические коэффициенты.

Материальный баланс составляется на единицу массы сырья или готового продукта.
Из (mА + mВ) кг сырья получается mД кг основного и mE кг побочного продукта, и уравнение материального баланса будет:

mA + mB = mД + mE + mП ,

где mП – непроизводительные затраты сырья и готового продукта, которые обусловлены неполнотой химических превращений, а также механическими потерями при транспортировке и хранении сырья и готового продукта.
Типовая задача
Составьте материальный баланс процесса получения строительной извести из 1 т (1000 кг) известняка, имеющего состав:

CaCO3 – 93%,

MqCO3 – 4%,

каолинит (Al2O3 · 2SiO2 · 2H2O) - 3%.
При высоких температурах карбонаты разлагаются на оксиды, которые, взаимодействуя с оксидом кальция, образуют силикаты и алюминаты кальция.

Решение.

ХИМИЧЕСКИЕ УРАВНЕНИЯ ПРОЦЕССА
Основное: CaCO3 → CaO + CO2;
Параллельные: MqCO3 → MqO + CO2

Al2O3 · 2SiO2 · 2H2O→ Al2O3 + 2SiO2 + 2H2O;
Побочные: CaO + Al2O3→ CaO· Al2O3 ,

2 CaO + SiO2→ 2 CaO· SiO2.
1000кг

‹————————————————————————————————›

Суммарное: 6 CaCO3 + MqCO3 + Al2O3 · 2SiO2 · 2H2O→

ν = 6 моль ν = 1 моль ν = 1 моль ν = 2 моль ν = 2 моль

М = 100 г/моль М = 84 г/моль М =102г/моль М=60 г/моль М = 18 г/моль

m = 600г m = 84г m = 102г m = 120г m = 36г

m (каолинита) = 102 г + 120 г + 36 г = 258 г

X Y

‹———————› ‹——————————————————————›

CaO + MqO + CaO· Al2O3 + 2(2 CaO· SiO2) + 2H2O + 7 CO2

ν = 1 моль ν= 1 моль ν =1 моль ν = 2 моль ν = 2 моль ν = 7 моль

М= 56 г/моль М= 40 г/моль М=158г/моль М=172 г/моль М=18 г/моль М=44 г/моль

m= 56г m= 40г m=158г m=344г m=36г m=308г

600 г + 84 г + 258 г = 56 г + 40 г + 158 г + 344 г + 36 г + 308 г

942 г = 598 г + 344 г.
Уравнение материального баланса, которое должно быть получено в результате расчета будет иметь вид:

1000 кг = X кг + Y кг .
СОСТАВ СЫРЬЯ
CaCO3 – 93% – 930кг;

MqCO3 – 4% – 40кг;

Каолинит – 3% – 30кг.
В соответствии с суммарным уранением процеccа:
в 258 кг каолинита (Al2O3·2SiO2·2H2O) содержится 102 кг Al2O3,

в 30 кг каолинита (Al2O3 · 2SiO2 · 2H2O) содержится Xкг Al2O3,

X=12 кг.
в 258 кг каолинита (Al2O3 · 2SiO2 · 2H2O) содержится 120 кг SiO2,

в 30 кг каолинита (Al2O3 · 2SiO2 · 2H2O) содержится X кг SiO2,

X=14 кг.
в 258 кг каолинита (Al2O3 · 2SiO2 · 2H2O) содержится 36 кг H2O,

в 30 кг каолинита (Al2O3 · 2SiO2 · 2H2O) содержится Xкг H2O,

X=4 кг.
СОСТАВ ОСНОВНОГО ПРОДУКТА
Химический состав:
а) из 100 кг CaCO3 образуется 56 кг CaO,

из 930 кг CaCO3 образуется X кг CaO,

X=52 кг;
б) из 84 кг MgCO3 образуется 40 кг MgO,

из 40 кг MgCO3 образуется X кг MgO,

X=19 кг;
в) SiO2 – 14 кг;

г) Al2O3 – 12 кг.
Масса основного продукта (извести) составляет:

X= 521кг + 19 кг + 14 кг + 12 кг = 566 кг.

Минеральный состав:
а) 102 кг Al2O3 связывают в CaO· Al2O3 56 кг CaO,

12 кг Al2O3 связывают в CaO· Al2O3 X кг CaO,

X = 6.6 кг;

масса образовавшегося алюмината кальция:

m(2 CaO· SiO2) = 6.6 кг (CaO) + 12 кг (Al2O3) = 18.6кг;
б) 60 кг SiO2 связывают в 2CaO· SiO2 112 кг CaO,

14 кг SiO2 связывают в 2CaO· SiO2 X кг CaO,

X = 26.1кг;

масса образовавшегося двухкальциевого силиката:

m(2 CaO· SiO2) = (23.1 + 14) = 40.1кг;
в) масса свободного (несвязанного) оксида кальция:

m(CaO) = 521 кг – 6.6 кг – 26.1кг = 488.3 кг;
г) масса оксида магния: m(MqO) = 19кг.

СОСТАВ ПОБОЧНОГО ПРОДУКТА

а) из 100 кг CaCO3 образуются 44 кг CO2,

из 930 кг CaCO3 образуются X кг CO2,

X= 406 кг;
из 84 кг MqCO3 образуются 44 кг CO2,

из 40 кг MqCO3 образуются X кг CO2,

X = 21кг;
масса выделившегося углекислого газа:

m(CO2) = 409кг +21кг = 430кг;
б) из 258 кг каолинита выделяется 36 кг H2O,

из 30кг каолинита выделяется X кг H2O,

X = 4кг;

масса побочного продукта:

Y= 430кг + 4кг = 434кг.
Уравнение материального баланса: 1000= 566 + 434 .
Результаты расчёта представлены в виде табл. 2.
Таблица 2

Материальный баланс получения строительной извести


Сырье, кг

Основной продукт, кг

Побочный

продукт, кг

Общая масса

Состав

Общая масса

Состав

Общая масса

Химический

минеральный

химический

Химический

Минеральный



1000

СаCО3

930


СаСО3

930



566


СаО

521


СаО сво- бодная

4 88, 3



434


СO2

430




МgCO3

40

МgCO3

40




MgO

19

MgO

19





H2O

4





Каолинит

30

Al2O3

12




Al2O3

12

CaO·Al2O

18,6













SiO2

14




SiO2

14

2CaO·SiO2

40,1













H2O

4

















КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ
В соответствии с вариантом контрольной работы выберите в табл. 3 номер задания: (31 … 45) и составьте материальный баланс процесса получения строительной извести из 1 т (1000 кг) известняка, имеющего соответствующий состав: CaCO3 - ……%, MqCO3 - ……%, каолинит -……%.

Расчёт проведите аналогично типовой задаче. Приведите подробное решение и таблицу с результатами расчёта, аналогичную табл. 2.
Таблица 3
  1   2   3   4

Добавить документ в свой блог или на сайт

Похожие:

Методические указания для студентов I курса, обучающихся дистанционно по специальности 080502 «Экономика и управление на предприятии (строительство)» iconМетодические указания для студентов специальностей 080502. 65 «Экономика...
Методические указания предназначены для студентов 3 курса специальностей 080502. 65 «Экономика и управление на предприятии ( Городское...

Методические указания для студентов I курса, обучающихся дистанционно по специальности 080502 «Экономика и управление на предприятии (строительство)» iconМетодические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине «экономика отрасли»
...

Методические указания для студентов I курса, обучающихся дистанционно по специальности 080502 «Экономика и управление на предприятии (строительство)» iconМетодические указания по выполнению выпускной квалификационной работы...
Данные методические указания по выполнению, оформлению и защите выпускной квалификационной работы предназначены для студентов специальности...

Методические указания для студентов I курса, обучающихся дистанционно по специальности 080502 «Экономика и управление на предприятии (строительство)» iconМетодические указания по выполнению курсовой работы для студентов...
Теория бухгалтерского учета: методические указания на практические занятия для студентов 1 курса очной и заочной форм обучения специальности...

Методические указания для студентов I курса, обучающихся дистанционно по специальности 080502 «Экономика и управление на предприятии (строительство)» iconМетодические указания к практическим занятиям для студентов специальности...
Методические указания предназначены для проведения практических занятий по дисциплине «Портфельные инвестиции» инеобходимы для усвоения...

Методические указания для студентов I курса, обучающихся дистанционно по специальности 080502 «Экономика и управление на предприятии (строительство)» iconМетодические указания для выполнения курсовой работы по дисциплинам:...
Методические указания предназначены для студентов, обучающихся на факультете управления по специальностям 080502 "Экономика и управление...

Методические указания для студентов I курса, обучающихся дистанционно по специальности 080502 «Экономика и управление на предприятии (строительство)» iconМетодические указания по выполннению выпускно квалификациоой работы...
Методическое пособие предназначено для студентов специальности «Экономика и управление на предприятии (по отраслям)», выполняющих...

Методические указания для студентов I курса, обучающихся дистанционно по специальности 080502 «Экономика и управление на предприятии (строительство)» iconМетодические указания к практическим занятиям по дисциплине для студентов...
Методические указания предназначены для закрепления и практического применения в самостоятельной работе знаний, полученных при изучении...

Методические указания для студентов I курса, обучающихся дистанционно по специальности 080502 «Экономика и управление на предприятии (строительство)» iconМетодические указания для студентов 4 и 5 курса специальности 080502...
Методические указания разработаны канд экон наук, профессором Т. А. Ивашенцевой, канд экон наук, доцентом Н. С. Дереповской, канд...

Методические указания для студентов I курса, обучающихся дистанционно по специальности 080502 «Экономика и управление на предприятии (строительство)» iconМетодические указания для практических занятий по дисциплине «Организация...
Настоящие методические указания составлены в соответствии с действующим в нгасу (Сибстрин) учебным планом специальности 080502 Экономика...






При копировании материала укажите ссылку © 2016
контакты
e.120-bal.ru
..На главную