Расчёт реагентов для получения хлора по методу Шееле
Французский химик К. Шееле получил хлор по реакции оксида марганца (IV) с соляной кислотой. В результате этой реакции образуются также хлорид марганца (II) и вода. Составьте уравнение этой реакции, рассмотрите окислительно-восстановительные процессы и рассчитайте массу оксида марганца (IV) и количество хлороводорода, необходимых для получения 100 л хлора (н. у.), если выход его составляет 95% от теоретически возможного.
Дано
`V_text{практ.}(Cl_2) = 100 text{ л}`
`η(Cl_2) = 95%`
Найти
`m(MnO_2) = text{ ?}`
`n(HCl) = text{ ?}`
Решение
Запишем уравнение реакции получения хлора по Шееле:
`MnO_2 + 4HCl = MnCl_2 + Cl_2 text{↑} + 2H_2O`
Найдём теоретический объём хлора:
`V_text{теор.}(Cl_2) = (100*V_text{практ.}(Cl_2))/(η(Cl_2)) = (100*100)/95 = 105.3 text{ л}`
Найдём количество вещества хлора:
`n_text{теор.}(Cl_2) = (V_text{теор.}(Cl_2))/(V_m) = 105.3/22.4 = 4.701 text{ моль}`
Согласно уравнению реакции, количество вещества оксида марганца (IV) равно количеству вещества хлора:
`n(MnO_2) = n_text{теор.}(Cl_2) = 4.701 text{ моль}`
Найдём массу оксида марганца (IV):
`m(MnO_2) = n(MnO_2)*M(MnO_2) = 4.701*87 = 409 text{ г}`
Согласно уравнению реакции, количество вещества хлороводорода в 4 раза больше количества вещества хлора:
`n(HCl) = 4*n_text{теор.}(Cl_2) = 4*4.701 = 18.8 text{ моль}`
Ответ
`m(MnO_2) = 409 text{ г}`
`n(HCl) = 18.8 text{ моль}`
Дополнительно
Окислительно-восстановительные процессы:
`Mn^(+4) + 2ē → Mn^(+2)` — окислитель (восстановление)
`2Cl^(-) - 2ē → Cl_2^0` — восстановитель (окисление)