3 "rozpuszczony" w 1 molu wody. Może to brzmieć dziwnie, ale niekiedy jest niezbędne lub niezwykle ułatwi obliczenia.

Podobne dokumenty
Procentowa zawartość sodu (w molu tej soli są dwa mole sodu) wynosi:

TECHNOLOGIA CHEMICZNA

Technologia chemiczna. Zajęcia 2

1. Stechiometria 1.1. Obliczenia składu substancji na podstawie wzoru

Podstawowe pojęcia i prawa chemiczne, Obliczenia na podstawie wzorów chemicznych

Jednostki Ukadu SI. Jednostki uzupełniające używane w układzie SI Kąt płaski radian rad Kąt bryłowy steradian sr

VII Podkarpacki Konkurs Chemiczny 2014/2015

Wojewódzki Konkurs Przedmiotowy z Chemii dla uczniów gimnazjów województwa śląskiego w roku szkolnym 2014/2015

Kryteria oceniania z chemii kl VII

podstawami stechiometrii, czyli działu chemii zajmującymi są obliczeniami jest prawo zachowania masy oraz prawo stałości składu

1. Podstawowe prawa i pojęcia chemiczne

WOJEWÓDZKI KONKURS PRZEDMIOTOWY Z CHEMII DLA UCZNIÓW GIMNAZJÓW - rok szkolny 2011/2012 eliminacje rejonowe

2. Podczas spalania 2 objętości pewnego gazu z 4 objętościami H 2 otrzymano 1 objętość N 2 i 4 objętości H 2O. Jaki gaz uległ spalaniu?

Konkurs przedmiotowy z chemii dla uczniów gimnazjów 13 stycznia 2017 r. zawody II stopnia (rejonowe)

Inżynieria procesów przetwórstwa węgla, zima 15/16

WOJEWÓDZKI KONKURS CHEMICZNY DLA UCZNIÓW GIMNAZJUM W ROKU SZKOLNYM 2017/2018 STOPIEŃ WOJEWÓDZKI 9 MARCA 2018 R.

SZYBKOŚĆ REAKCJI CHEMICZNYCH. RÓWNOWAGA CHEMICZNA

STECHIOMETRIA SPALANIA

Nazwy pierwiastków: A +Fe 2(SO 4) 3. Wzory związków: A B D. Równania reakcji:

b) Podaj liczbę moli chloru cząsteczkowego, która całkowicie przereaguje z jednym molem glinu.

WYMAGANIA EDUKACYJNE Z CHEMII 2013/2014

XXI KONKURS CHEMICZNY DLA GIMNAZJALISTÓW ROK SZKOLNY 2013/2014

Konkurs Chemiczny dla uczniów szkół ponadgimnazjalnych rok szkolny 2013/2014

Obliczenia chemiczne

relacje ilościowe ( masowe,objętościowe i molowe ) dotyczące połączeń 1. pierwiastków w związkach chemicznych 2. związków chemicznych w reakcjach

WOJEWÓDZKI KONKURS CHEMICZNY

STECHIOMETRIA SPALANIA

CHEMIA I GIMNAZJUM WYMAGANIA PODSTAWOWE

2.4. ZADANIA STECHIOMETRIA. 1. Ile moli stanowi:

Opracował: dr inż. Tadeusz Lemek

Wyrażanie stężeń. Materiały pomocnicze do zajęć wspomagających z chemii. opracował: dr Błażej Gierczyk Wydział Chemii UAM

X Konkurs Chemii Nieorganicznej i Ogólnej rok szkolny 2011/12

Plan i kartoteka testu sprawdzającego wiadomości i umiejętności uczniów

dr Dariusz Wyrzykowski ćwiczenia rachunkowe semestr I

TEST PRZYROSTU KOMPETENCJI Z CHEMII DLA KLAS II

Konkurs przedmiotowy z chemii dla uczniów gimnazjów 16 stycznia 2015 r. zawody II stopnia (rejonowe)

TECHNOLOGIA CHEMICZNA BILANS MATERIAŁOWY I CIEPLNY PROCESU TECHNOLOGICZNEGO. dr inż. Anna Zielińska-Jurek Pok. 026 Ch.A.

Opracowała: mgr inż. Ewelina Nowak

Powtórzenie wiadomości z kl. I

W tej reakcji stopień utleniania żelaza wzrasta od 0 do III. Odwrotnie tlen zmniejszył stopień utlenienia z 0 na II.

KONKURS CHEMICZNY DLA UCZNIÓW GIMNAZJUM ROK SZKOLNY 2018/2019 ETAP SZKOLNY

Chemia nieorganiczna Zadanie Poziom: podstawowy

CHEMIA. Wymagania szczegółowe. Wymagania ogólne

Szczegółowy opis treści programowych obowiązujących na etapie szkolnym konkursu przedmiotowego z chemii 2018/2019

Cel główny: Uczeń posiada umiejętność czytania tekstów kultury ze zrozumieniem

WYMAGANIA NA POSZCZEGÓLNE STOPNIE SZKOLNE Z CHEMII klasa I

Obliczenia stechiometryczne, bilansowanie równań reakcji redoks

WOJEWÓDZKI KONKURS PRZEDMIOTOWY Z CHEMII DLA UCZNIÓW GIMNAZJÓW - rok szkolny 2016/2017 eliminacje rejonowe

OBLICZENIA STECHIOMETRIA STECHIOMETRIA: INTERPRETACJA ILOŚCIOWA ZJAWISK CHEMICZNYCH

VIII Podkarpacki Konkurs Chemiczny 2015/2016

USTALANIE WZORÓW I NAZW SOLI

Materiały pomocnicze do laboratorium z przedmiotu Metody i Narzędzia Symulacji Komputerowej

Zapis równań reakcji chemicznych oraz ich uzgadnianie

Zadanie 2. [2 pkt.] Podaj symbole dwóch kationów i dwóch anionów, dobierając wszystkie jony tak, aby zawierały taką samą liczbę elektronów.

MARATON WIEDZY CHEMIA CZ. II

-wszystkie substancje (pierwiastki lub zw chem) które biorą udział w reakcji chemicznej nazywamy reagentami

Obliczenia chemiczne. Zakład Chemii Medycznej Pomorski Uniwersytet Medyczny

Konkurs przedmiotowy z chemii dla uczniów gimnazjów 6 marca 2015 r. zawody III stopnia (wojewódzkie)

TEST PRZYROSTU KOMPETENCJI Z CHEMII DLA KLAS II

PODSTAWOWE POJĘCIA I PRAWA CHEMICZNE

CHEMIA klasa 1 Wymagania programowe na poszczególne oceny do Programu nauczania chemii w gimnazjum. Chemia Nowej Ery.

Zadanie 2. (1 pkt) Uzupełnij tabelę, wpisując wzory sumaryczne tlenków w odpowiednie kolumny. CrO CO 2 Fe 2 O 3 BaO SO 3 NO Cu 2 O

Zagadnienia do pracy klasowej: Kinetyka, równowaga, termochemia, chemia roztworów wodnych

Przykładowe zadania z rozdziałów 1 5 (Mol, Stechiometria wzorów i równań chemicznych, Wydajność reakcji i inne)

Konkurs przedmiotowy z chemii dla uczniów dotychczasowych gimnazjów. 07 marca 2019 r. zawody III stopnia (wojewódzkie) Schemat punktowania zadań

Projektowanie Procesów Biotechnologicznych

Wymagania programowe na poszczególne oceny chemia kl. I

WOJEWÓDZKI KONKURS PRZEDMIOTOWY Z CHEMII DLA UCZNIÓW GIMNAZJÓW - rok szkolny 2016/2017 eliminacje wojewódzkie

Wojewódzki Konkurs Przedmiotowy z Chemii dla uczniów dotychczasowych gimnazjów województwa śląskiego w roku szkolnym 2017/2018

8. MANGANOMETRIA. 8. Manganometria

XXIII KONKURS CHEMICZNY DLA GIMNAZJALISTÓW ROK SZKOLNY 2015/2016

WOJEWÓDZKI KONKURS PRZEDMIOTOWY Z CHEMII... DLA UCZNIÓW GIMNAZJÓW - rok szkolny 2011/2012 eliminacje wojewódzkie

Wojewódzki Konkurs Przedmiotowy z Chemii dla uczniów gimnazjów województwa śląskiego w roku szkolnym 2014/2015

Pierwiastek, który się utlenia jest reduktorem, natomiast pierwiastek, który się redukuje jest utleniaczem.

Małopolski Konkurs Chemiczny dla Gimnazjalistów

Konkurs przedmiotowy z chemii dla uczniów gimnazjów 4 lutego 2016 r. zawody II stopnia (rejonowe)

Wymagania programowe na poszczególne oceny chemia

SUBSTANCJE CHEMICZNE I ICH PRZEMIANY

x 2 = a RÓWNANIA KWADRATOWE 1. Wprowadzenie do równań kwadratowych 2. Proste równania kwadratowe Równanie kwadratowe typu:

XI Ogólnopolski Podkarpacki Konkurs Chemiczny 2018/2019. ETAP I r. Godz Zadanie 1 (10 pkt)

Z CHEMII W KLASIE I GIMNAZJUM. Program nauczania chemii w gimnazjum Autorzy: Teresa Kulawik, Maria Litwin

WYMAGANIA EDUKACYJNE z chemii dla klasy pierwszej

III Podkarpacki Konkurs Chemiczny 2010/2011. ETAP I r. Godz Zadanie 1

Mol, masa molowa, objętość molowa gazu

2. Procenty i stężenia procentowe

WOJEWÓDZKI KONKURS CHEMICZNY

Główne zagadnienia: - mol, stechiometria reakcji, pisanie równań reakcji w sposób jonowy - stężenia, przygotowywanie roztworów - ph - reakcje redoks

Tematy i zakres treści z chemii - zakres rozszerzony, dla klas 2 LO2 i 3 TZA/archt. kraj.

WOJEWÓDZKI KONKURS CHEMICZNY

I. Substancje i ich przemiany

Odpowiedź:. Oblicz stężenie procentowe tlenu w wodzie deszczowej, wiedząc, że 1 dm 3 tej wody zawiera 0,055g tlenu. (d wody = 1 g/cm 3 )

KONKURS CHEMICZNY DLA UCZNIÓW GIMNAZJUM ROK SZKOLNY 2013/2014 ETAP SZKOLNY

Zapisz równanie zachodzącej reakcji. Wskaż pierwiastki, związki chemiczne, substraty i produkty reakcji.

Chemia nieorganiczna Zadanie Poziom: rozszerzony Punkty

Podstawowe pojęcia i prawa chemiczne

Przykładowy zestaw zadań z chemii Odpowiedzi i schemat punktowania poziom podstawowy

O C O 1 pkt Wzór elektronowy H 2 O: Np.

X / \ Y Y Y Z / \ W W ... imię i nazwisko,nazwa szkoły, miasto

BADANIE WYNIKÓW NAUCZANIA Z CHEMII KLASA I GIMNAZJUM. PYTANIA ZAMKNIĘTE.

3. OBLICZENIA STECHIOMETRYCZNE.

Transkrypt:

Każdy, kto startował w konkursie chemicznym którejś z olitechnik, zapewne spotkał się z zadaniami technologicznymi. Niestety są one znacząco odmienne od zwyczajnej chemii oraz stechiometrii i nie da się ich sensownie rozwiązać, jeśli nie wie się jak. Ten artykuł powstał właśnie po to, byście dowiedzieli się jak. ;) Zanim jednak zaczniemy, uprzedzam, że zadania technologiczne to przede wszystkim matematyka i pewne elementy fizyki - chemii jest tu niedużo. Aby się połapać, należy osiągnąć dość wysoki stopień biegłości w rozwiązywaniu równań z matematyki, zwłaszcza układów z wieloma niewiadomymi. Ogólne założenia 1. rzy rozwiązywaniu zadań technologicznych nigdy nie piszemy równań reakcji. rzy prostych zadaniach reakcje zachodzące w reaktorze mogą wydawać się proste, ale tak naprawdę one nas nie obchodzą. Interesuje nas to, co zużywamy oraz to, co otrzymujemy.. Jeśli przy danym strumieniu nie ma napisanego produktu, który według nas powinien się w nim znajdować, to nie staramy się być mądrzejsi od twórcy zadania i zakładamy, że ten produkt w nim nie występuje. 3. Niektórych zadań ze strumieniami masowymi nie da się rozwiązać, jeśli nie przyjmie się, że kwas jest "roztworem" tlenku kwasowego w wodzie, czyli np. 1 mol czystego H SO 4 to 1 mol SO 3 "rozpuszczony" w 1 molu wody. Może to brzmieć dziwnie, ale niekiedy jest niezbędne lub niezwykle ułatwi obliczenia. 4. Wszelkie wyrażenia będące rozwiązaniem zadania podajemy w postaci możliwie 1 / 8

uproszczonej i skróconej, po podstawieniu wszystkich stałych z zadania. 5. O ile nie zaznaczono inaczej, zakładamy, że powietrze składa się z 0% tlenu i 80% azotu oraz że gazy te są gazami doskonałymi. Zacznijmy od objaśnienia najważniejszych terminów związanych z tego typu zadaniami. - Mol mieszaniny to taka ilość mieszaniny, w której znajduje się 1 mol drobin. - Natężenie molowe strumienia, zwane też często strumieniem molowym - to ogólnie mówiąc ilość moli oddawana lub przyjmowana przez układ w jednostce czasu. W przypadku zadań technologicznych możemy przyjąć, że jest to liczba moli substancji lub mieszaniny przepływająca przez daną rurę lub przewód gazowy. Oznacza się je symbolem W, oznaczając w indeksie dolnym symbol strumienia. Strumień molowy może też odnosić się do tylko jednej substancji z mieszaniny, wtedy dodajemy do symbolu strumienia wzór substancji w nawiasach kwadratowych np. W [H 3 SO 4 ]. Jednostką w układzie SI jest mol/s, ale najczęściej używa się jednostki kmol/h. - Natężenie masowe strumienia, zwane także strumieniem masy, to masa substancji lub mieszaniny oddawana lub przyjmowana przez układ w jednostce czasu. Oznacza się je symbolem G. Jednostką jest kg/s, ale częściej używa się kg/h lub t/h. - Węzeł to dowolne miejsce w rozpatrywanej instalacji, gdzie strumienie się krzyżują. odstawową właściwością węzła jest to, że musi on oddawać dokładnie tyle samo atomów wszystkich pierwiastków ile przyjmuje. - Stopień przemiany jest zdefiniowany jako przy czym W A to strumień wejściowy, W B to strumień wyjściowy, a X - substancja, której dotyczy stopień przemiany. Rozwiązywanie zadań ze strumieniami molowymi / 8

Ogólny plan rozwiązywania tego typu zadań jest następujący: 1. Wybór obszaru bilansowania.. Zapisanie bilansu przychodów i rozchodów. 3. Uzupełnienie tabelki bilansu korzystając z podanych zmiennych i stałych. 4. Zapisanie i uproszczenie wyrażenia podanego w zadaniu. Na pewno chwilowo wydaje się to strasznie zagmatwane, ale jak zobaczymy na konkretnym przykładzie, jest to dość proste. Oto treść przykładowego zadania ze strumieniami molowymi. rażąc FeS (piryt) w strumieniu powietrza otrzymuje się gaz zawierający SO, O i N oraz wypałkę - Fe O 3. rzyjmując, że ułamek molowy tlenu w strumieniu wynosi x (x = W [O ] / W ) i ułamek molowy SO w strumieniu wynosi y (y = W 3 / 8

[SO ] / W ), oblicz zależność y = f(x). Obliczenia przeprowadź przyjmując za podstawę bilansu 1 kmol/h gazu opuszczającego reaktor (W = 1 kmol/h). Skład powietrza: 0% tlenu i 80% azotu. ierwszy krok do rozwiązania zadania to uzupełnienie tabelki bilansu. Jak to zrobić - pokazano poniżej. W zadaniu tym odwołujemy się do listy z poprzedniej strony. Nad punktem 1 nie ma się zbytnio co zasta rzychody Rozchody FeS O N Fe O O N SO Kolejnym zadaniem jest uzupełnienie tabelki. ierwszym jest równa krokiem x W jest wpisanie podstawy bilansu. = Niest y [km rzychody Rozchody FeS O N Fe O O : x N : 1 - x - y SO : y Mamy już pewne dane. Możemy z nich ułażyć równania na bilanse azotu i siarki. Ilość azotu wchodząca 4 / 8

W A [FeS ] = y W A [FeS ] = 0,5y Ilość tlenku żelaza wyznaczymy w analogiczny sposób z bilansu atomów żelaza. W C [Fe O W C [Fe O Uzupełniamy tabelkę o nowo poznane wartości. rzychody Rozchody FeS : 0,5y O N : 1 - x - y Fe O : x N : 1 - x - y SO : y Ostatnią wartość - W B [O ] - otrzy W B [O ] = y + W B [O ] =,75 W B [O ] = 1,37 rzychody Rozchody FeS : 0,5y O : 1,375y + x N : 1 - x - y Fe O : x N : 1 - x - y SO : y 5 / 8

Kiedy mamy już uzupełnioną tabelkę, powinna nam zostać przynajmniej jedna niewykorzystana zależność. W tym przypadku nie skorzystaliśmy z tego, że stosunek azotu do telnu w powietrzu to 4:1, tzn. czterokrotna liczba moli tlenu jest równa liczbie moli azotu wchodzących do reaktora w jednostce czasu. Z tej zależności możemy wyprowadzić wyrażenie na y, które jest jednocześnie naszą odpowiedzią. 1 - x - y = 4(1,375y + x) 5,5y + 4x = 1 - x - y 6,5y = 1-5x y 0,154-0,769x Rozwiązywanie zadań ze strumieniami masowymi Ten typ zadań jest znacznie bardziej "kombinowany" i ogólnie trzeba mocno myśleć, albo ugrzęźnie się na amen w obliczeniach. rocedura ich rozwiązywania jest podobna jak poprzednio, z tym że bilansowi poddajemy nie atomy, a związki. Oto przykładowe zadanie z wykorzystaniem strumieni masowych. Stężony 95% kwas siarkowy otrzymuje się przez absorpcję SO 3 w wieży zasilanej b% H SO 4 (strumień C). Kwas b% otrzymywany jest przez rozcieńczenie części kwasu produkcyjnego 90% kwasem siarkowym (strumień D). Stosunek wagowy natężenia strumienia zawracanego do natężenia strumienia kwasu produkowanego G D 6 / 8

/G B = n [(kg/h)/(kg/h)]. rzyjmując za podstawę bilansu 100 kg 95% H SO 4 /h (G B = 100 kg/h) znajdź zależność pomiędzy stężeniem b% kwasu zasilającego wieżę a stosunkiem n (b = f(n)). W tym zadaniu bardzo istotny jest wybór właściwego obszaru bilansowania. Za wieżą następuje tylko rozdzielenie kwasu na dwa strumienie, więc nie ma co tam za bardzo bilansować. Bilansowanie całej wieży mija się z celem, a ponadto nie dałoby właściwego rozwiązania. Najlepszym obszarem bilansowania jest zatem górny mieszalnik, gdzie kwas 90% miesza się z kwasem 95%. Wystarczy nam ułożenie bilansu H SO 4, ponieważ woda stanowi po prostu jego dopełnienie i równanie dla wody nie wnosi nic nowego. Chwilowo nie znamy wielkości strumienia G A, więc piszemy go jako symbol. 95n + 0,9G A = 0,01b (G A + 100n) Musimy wyrzucić z równania G A. Najłatwiej to zrobić, jeśli zauważymy, że atomy wodoru wchodzą do instalacji tylko strumieniem G A, a wychodzą tylko strumieniem G B. Zatem szybkość przepływu atomów wodoru w tych dwóch strumieniach powinna być równa, bo w przyrodzie nic nie ginie. Zawartość masową wodoru w związku obliczymy, mnożąc masę związku przez liczbę gramów wodoru zawartą w 1 molu związku i dzieląc wynik przez masę molową związku. Układamy odpowiednie równanie: 0,9G A (/98) + 0,1G A (/18) = 95 (/98) + 5 (/18) 0,018G A + 0,011G A = 1,939 + 0,556 0,09G A =,494 G A = 84,615 [kg/h] 7 / 8

Obliczoną wartość G A wstawiamy do równania na bilans kwasu siarkowego w mieszalniku i obliczamy b. 95n + 0,9 84,615 = 0,01b (84,615 + 100n) 95n + 76,154 = 0,01b (84,615 + 100n) 0,01b = (95n + 76,154)/(84,615 + 100n) b = (95n + 76,154)/(0,846 + n) Artykuł napisał Tweenk Zadania pochodzą z I etapu XVI Konkursu Chemicznego W. 8 / 8