Для решения задачи по определению массы кокса, необходимого для получения цинка из 216 г рудного концентрата, давай разберемся с химическими процессами, которые происходят в процессе получения цинка и участия кокса в этих реакциях.
1. Процесс получения цинка из рудного концентрата
Основной способ получения цинка из рудных концентратов — это пирометаллургический метод. В этом методе концентрат, содержащий оксиды или сульфиды цинка, подвергается процессу восстановления в печах с использованием углерода (кокса). Рассмотрим, как это происходит:
Основная химическая реакция:
Для восстановления цинка из его оксидов, например, цинкового оксида (ZnO), применяется углерод в виде кокса. Реакция восстановления выглядит следующим образом:
ZnO+C→Zn+COtext{ZnO} + text{C} rightarrow text{Zn} + text{CO}
Здесь:
ZnOtext{ZnO} — оксид цинка,
Ctext{C} — углерод (кокс),
Zntext{Zn} — металлический цинк,
COtext{CO} — угарный газ.
2. Данные для расчетов
Исходные данные:
Масса рудного концентрата — 216 г.
Предположим, что концентрат состоит в основном из сульфида цинка (ZnS), потому что это один из наиболее распространенных видов руды для извлечения цинка.
Превращение сульфида в оксид:
Первоначально сульфид цинка (ZnS) обрабатывается воздухом в процессе обжига, в результате чего образуется оксид цинка (ZnO) и углекислый газ (CO₂):
2 ZnS+3 O2→2 ZnO+2 SO2text{2 ZnS} + text{3 O}_2 rightarrow text{2 ZnO} + text{2 SO}_2
После этого оксид цинка подвергается восстановлению с помощью углерода, как показано в предыдущей реакции.
Молекулярные массы:
Молекулярная масса ZnS ≈ 97,5 г/моль.
Молекулярная масса ZnO ≈ 81,4 г/моль.
Молекулярная масса C (кокс) ≈ 12 г/моль.
Молекулярная масса Zn ≈ 65,4 г/моль.
3. Расчеты
Шаг 1: Определение массы Zn в концентрате.
Предположим, что в рудном концентрате содержится 50% сульфида цинка (ZnS). Тогда:
Масса ZnS в концентрате=216 г×0,5=108 г.text{Масса ZnS в концентрате} = 216 , text{г} times 0,5 = 108 , text{г}.
Шаг 2: Переводим массу ZnS в массу ZnO.
Для этого используем молекулярные массы. В 1 моль ZnS содержится 1 моль Zn, и в 1 моль ZnO содержится 1 моль Zn.
Соотношение масс ZnS и ZnO:
MZnOMZnS=81,497,5≈0,834.frac{M_{text{ZnO}}}{M_{text{ZnS}}} = frac{81,4}{97,5} approx 0,834.
Тогда масса ZnO, которую можно получить из 108 г ZnS:
Масса ZnO=108 г×0,834≈90,2 г.text{Масса ZnO} = 108 , text{г} times 0,834 approx 90,2 , text{г}.
Шаг 3: Определяем массу кокса для восстановления ZnO.
На каждый моль ZnO требуется 1 моль углерода для восстановления. Используя молекулярную массу ZnO (81,4 г/моль) и кокс (12 г/моль), находим соотношение масс:
MCMZnO=1281,4≈0,147.frac{M_{text{C}}}{M_{text{ZnO}}} = frac{12}{81,4} approx 0,147.
Теперь вычислим массу кокса, необходимую для восстановления 90,2 г ZnO:
Масса кокса=90,2 г×0,147≈13,3 г.text{Масса кокса} = 90,2 , text{г} times 0,147 approx 13,3 , text{г}.
Ответ:
Для получения цинка из 216 г рудного концентрата (с предположением, что концентрат состоит на 50% из сульфида цинка), потребуется примерно 13,3 г кокса (условно чистого углерода).
