Bài toán luyện quặng lớp 12 (cách giải + bài tập)

Trang trước Trang sau

Chuyên đề phương pháp giải bài tập Bài toán luyện quặng lớp 12 chương trình sách mới hay, chi tiết với bài tập tự luyện đa dạng giúp học sinh ôn tập, biết cách làm bài tập Bài toán luyện quặng.

A. Lý thuyết và phương pháp giải

♦ Một số trường hợp luyện quặng hay gặp:

- Điều chế SO₂:

S + O₂ $\overset{t^{o}}{\to}$ SO₂;

4FeS₂ + 11O₂ $\overset{t^{o}}{\to}$ 2Fe₂O₃ + 8SO₂;

ZnS + O₂ $\overset{t^{o}}{\to}$ ZnO + SO₂

- Điều chế H₂SO₄: $F e S_{2} \to_{}^{+ O_{2}, t^{o}} S O_{2} \to_{}^{+ O_{2}, t^{o}}$ $S O_{3} \to_{}^{+ H_{2} O} H_{2} S O_{4}$

- Sản xuất gang: $C \overset{+ O_{2}}{\to} C O \to_{F e_{3} O_{4}, F e O}^{F e_{2} O_{3}} F e$

- Quặng hematite: Fe₂O₃, quặng manhetite: Fe₃O₄, quặng pyrite: FeS₂.

♦ Phương pháp giải:

- Đối với quá trình điều chế có 1 phản ứng: Viết phương trình, tính theo phương trình.

- Đối với quá trình trải qua nhiều giai đoạn: Viết sơ đồ và dùng bảo toàn nguyên tố.

- Công thức tính hiệu suất: $H %_{(c h ấ t p ư )} = \frac{n_{p ư}}{bđầu} .100 %;$ $H %_{(s ả n p h ẩ m)} = \frac{n_{t h ự c t ế t h u đ ư ợ c}}{n_{l í t h u y ế t (t í n h t h e o P T)}}$ . 100%

- Khi đề bài cho H% và yêu cầu tính các đại lượng: Chú ý phải nhân – trái chia (Chất cần tính nằm ở bên phải mũi tên thì nhân với H%, chất cần tính nằm ở bên trái mũi tên thì chia cho H%).

B. Ví dụ minh họa

Ví dụ 1: Gang là hợp kim của sắt (iron) với carbon và một số nguyên tố khác. Gang được sản xuất từ nguyên liệu là quặng hematite (thành phần chính là Fe₂O₃) và carbon, với hiệu suất chuyển hóa từ Fe₂O₃ thành Fe đạt 80%. Để sản xuất được 5,9 tấn gang (chứa 95% Fe về khối lượng) cần dùng m tấn quặng hematite (chứa 60% Fe₂O₃ về khối lượng, các tạp chất khác không chứa Fe). Giá trị của m bằng bao nhiêu (làm tròn kết quả đến hàng phần mười)?

Hướng dẫn giải

Khối lượng sắt có trong 5,9 tấn gang là: $m_{F e} = 5, 9. \frac{95}{100} = 5, 605$ tấn.

Ta có sơ đồ:

Fe₂O₃ → 2Fe

160 → 2.56 gam

x $\overset{80 %}{\to}$ 5,605 tấn

$\Rightarrow m_{F e_{2} O_{3}} = x = \frac{5, 605.160}{2.56} . \frac{100}{80} = \frac{1121}{112}$ tấn.

Khối lượng quặng hemantite cần dùng là: m_quặng = $\frac{1121}{112} . \frac{100}{60} = 16, 68$ tấn.

Làm tròn: 16,7 tấn.

Ví dụ 2: Để sản xuất được 1 triệu chiếc chảo gang có hàm lượng sắt là 95% thì cần dùng tối thiểu x tấn quặng manhetite chứa 80% Fe₃O₄. Biết rằng mỗi chiếc chảo gang nặng 3 kg và trong quá trình sản xuất lượng sắt bị hao hụt là 20%. Giá trị của x bằng bao nhiêu?

Hướng dẫn giải

m_Fe = 1.10⁶.3.95% = 2,85.10⁶ kg = 2850 tấn; sắt bị hao hụt 20% $\Rightarrow$ Hiệu suất 80%.

Ta có:

Fe₃O₄ → 3Fe

232 → 168 gam

m $\overset{80 %}{\leftarrow}$ 2850 tấn

$\Rightarrow m_{F e_{3} O_{4}} = m = \frac{2850.232}{168.80 %}$ $\approx \frac{68875}{14}$ tấn $\Rightarrow$ x = m_quặng = $\frac{68875}{14} . \frac{100}{80} = 6149, 55$ tấn.

C. Bài tập vận dụng

Câu 1. Sulfur dioxide là một trong các tác nhân gây mưa acid, phát thải chủ yếu từ các quá trình đốt cháy nhiên liệu như than đá, xăng, dầu,… Một nhà máy nhiệt điện than sử dụng hết 6000 tấn than đá/ngày, có thành phần chứa 0,8% lưu huỳnh về khối lượng để làm nhiên liệu. Khí SO₂ tạo ra khuếch tán vào khí quyển rồi bị chuyển hóa thành sulfuric acid trong nước mưa theo sơ đồ:

$S O_{2} \to_{x t}^{+ O_{2}} S O_{3} \overset{+ H_{2} O}{\to} H_{2} S O_{4}$

Giả thiết nồng độ sulfuric acid trong nước mưa là 1.10^-5 M, hiệu suất toàn bộ quá trình chuyển hóa là 30%. Thể tích nước mưa bị nhiễm acid là x triệu m³. Giá trị của x là

A. 45.

B. 55.

C. 67.

D. 30.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: A

$n_{S O_{2}} = {6000.10}^{6} . \frac{0, 8}{100.32}$ $= 1, {5.10}^{6} (m o l)$ = $n_{H_{2} S O_{4}}$

$\Rightarrow$ Thể tích nước mưa bị nhiễm acid là:

$V_{H_{2} O} = \frac{1, {5.10}^{6}}{{1.10}^{- 5}} .30 %$ $= 0, {45.10}^{11} L = 45 000 000 m^{3}$ .

Câu 2. Một nhà máy luyện kim, ở giai đoạn đầu của quá trình sản xuất Zn từ quặng blende thu được sản phẩm phụ là SO₂ theo sơ đồ phản ứng: ZnS + O₂ → ZnO + SO₂.

Đốt cháy 1 tấn quặng blende (chứa 77,6% khối lượng ZnS) bằng không khí, thu được tối đa V m³ khí SO₂ (đkc). Giá trị của V là

A. 99,2.

B. 198,32.

C. 297,5.

D. 179,2.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: B

$m_{Z n S} = 1000.77, 6 % = 776 k g \Rightarrow$ $n_{S O_{2}} = n_{Z n S} = \frac{{776.10}^{3}}{97} = 8000 m o l$

$\Rightarrow V_{S O_{2}} = 8000.24, 79 =$ $198320 l i t = 198, 32 m^{3} .$

Câu 3. Tr $\Rightarrow$ $\Rightarrow$ ong công nghiệp, sulfuric acid được sản xuất từ quặng pyrite có thành phần chính là FeS₂ theo sơ đồ sau:

$F e S_{2} \overset{}{\to} S O_{2} \overset{}{\to} S O_{3} \overset{}{\to} H_{2} S O_{4}$

Từ 1 tấn quặng pyrite (chứa 80% FeS₂) thu được V lít dung dịch H₂SO₄ 95% (D = 1,82 g/mL). Biết hiệu suất của cả quá trình là 90%, các tạp chất trong quặng không chứa lưu huỳnh. Giá trị của V gần nhất với giá trị nào sau đây?

A. 680.

B. 860.

C. 448.

D. 654.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: A

$m_{F e S_{2}} = 1.80 % = 0, 8$ tấn = 800 kg

Ta có sơ đồ:

$F e S_{2} \overset{}{\to} 2 S O_{2} \overset{}{\to} 2 S O_{3} \overset{}{\to} 2 H_{2} S O_{4}$

120 → 196 gam

800 kg $\overset{H = 90 %}{\to}$ $m_{H_{2} S O_{4}} = \frac{800.196}{120} .90 % = 1176 k g$

$\Rightarrow$ $V_{d d H_{2} S O_{4}} = \frac{1176}{95 % .1, 82} \approx 680 L .$

Câu 4. Để sản xuất được 2 triệu chiếc chảo gang có hàm lượng sắt là 95% thì cần dùng tối thiểu x tấn quặng manhetite chứa 80% Fe₃O₄. Biết rằng mỗi chiếc chảo gang nặng 3 kg và trong quá trình sản xuất lượng sắt bị hao hụt là 10%. Giá trị của x gần nhất với giá trị nào sau đây?

A. 10932.

B. 19945.

C. 9856.

D. 12576.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: A

m_Fe = 2.10⁶.3.95% = 5,7.10⁶ kg = 5700 tấn; sắt bị hao hụt 10% $\Rightarrow$ Hiệu suất 90%.

Ta có:

Fe₃O₄ → 3Fe

232 → 168 gam

m $\overset{90 %}{\leftarrow}$ 5700 tấn

$\Rightarrow m_{F e_{3} O_{4}} = m = \frac{5700.232}{168.90 %}$ $\approx 8746$ tấn $\Rightarrow$ x = m_quặng = $8746. \frac{100}{80}$ = 10932,5 tấn.

Câu 5. Từ 500 tấn quặng hematite chứa 85% Fe₂O₃ sản xuất được x nghìn chiếc nồi gang có hàm lượng sắt là 95%. Biết rằng mỗi chiếc nồi gang nặng 5 kg và hiệu suất của toàn bộ quá trình là 80%. Giá trị của x gần nhất với giá trị nào sau đây?

A. 15.

B. 45.

C. 60.

D. 50.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: D

$m_{F e_{2} O_{3}} = 500.85 % = 425$ tấn

Ta có:

Fe₂O₃ → 2Fe

160 → 112 gam

425 tấn $\overset{H = 80 %}{\to}$ $m_{F e} = \frac{425.112}{160} .80 % = 238$ tấn

$\Rightarrow$ Số nồi gang sản xuất được là $\frac{{238.10}^{3}}{5.95 %} \approx 50105 \approx$ 50 nghìn chiếc.

Câu 6. Tại nhiều làng nghề thủ công mĩ nghệ, sulfur dioxide được dùng là chất chống mốc cho các sản phẩm mây tre đan. Trong một ngày, một làng nghề đốt cháy 20 kg lưu huỳnh để tạo thành sulfur dioxide. Giả thiết có 20% lượng khí SO₂ trên bay vào khí quyển và chuyển hóa hết thành H₂SO₄ trong nước mưa theo sơ đồ sau: SO₂ $\to_{x t}^{+ O_{2}}$ SO₃ $\overset{+ H_{2} O}{\to}$ H₂SO₄. Nếu nồng độ H₂SO₄ trong nước mưa là 1,25 .10^-5 M thì thể tích nước mưa bị nhiễm acid là

A. 13000.

B. 15000.

C. 5000.

D. 10000.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: D

$n_{S O_{2}} = \frac{{20.10}^{3}}{32} = 625 m o l$ $\overset{H = 20 %}{\to} n_{H_{2} S O_{4}} = 125 m o l$

$\Rightarrow$ Thể tích nước mưa bị nhiễm acid là:

$V_{H_{2} O} = \frac{125}{1, {25.10}^{- 5}} = {10.10}^{6} L = 10000 m^{3} .$

Câu 7. Lưu huỳnh và quặng pyrite sắt là các nguyên liệu chính trong công nghiệp sản xuất sulfuric acid. Tại một nhà máy, cứ đốt cháy 1 tấn quặng pyrite sắt (chứa 72% khối lượng FeS₂) bằng không khí, thu được tối đa V m³ khí SO₂ (đkc). Giá trị của V là

A. 247,9.

B. 374,7.

C. 619,75.

D. 297,48.

Hướng dẫn giải

PTHH: 4FeS₂ + 11O₂ $\overset{t^{o}}{\to}$ 2Fe₂O₃ + 8SO₂

$m_{F e S_{2}} = 1000.72 % = 720 k g \Rightarrow$ $n_{S O_{2}} = 2 n_{F e S_{2}} =$ $2. \frac{{720.10}^{3}}{120} = 1, {2.10}^{4} m o l$

$\Rightarrow V_{S O_{2}} = 1, {2.10}^{4} .24, 79 = 297480 l i t = 297, 48 m^{3} .$

Câu 8. Từ 300 tấn quặng hematite chứa 90% Fe₂O₃ sản xuất được x nghìn chiếc nồi gang có hàm lượng sắt là 95%. Biết rằng mỗi chiếc nồi gang nặng 5 kg và hiệu suất của toàn bộ quá trình là 90%. Giá trị của x gần nhất với giá trị nào sau đây?

A. 25,5.

B. 35,8.

C. 45,6.

D. 67,8.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: B

$m_{F e_{2} O_{3}} = 300.90 % = 270$ tấn

Ta có:

Fe₂O₃ → 2Fe

160 → 112 gam

270 tấn $\overset{H = 90 %}{\to}$ $m_{F e} = \frac{270.112}{160} .90 % = 170, 1$ tấn

$\Rightarrow$ Số nồi gang sản xuất được là $\frac{170, {1.10}^{3}}{5.95 %} \approx 35811 \approx 35, 8$ nghìn chiếc.

Câu 9. Quặng pyrite có thành phần chính là FeS₂ được dùng làm nguyên liệu để sản xuất sulfuric acid. Giai đoạn đầu FeS₂ bị đốt cháy trong không khí theo phản ứng: $F e S_{2} + O_{2} \overset{t °}{\to} F e_{2} O_{3} + S O_{2}$

Thể tích không khí (chứa 21% thể tích oxygen, ở đkc) cần dùng để đốt cháy hoàn toàn 2,4 tấn FeS₂ trong quặng pyrite bằng bao nhiêu m³? Kết quả làm tròn đến hàng đơn vị.

A. 6493.

B. 9945.

C. 9856.

D. 2576.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: A

$n_{F e S_{2}} = \frac{2, {4.10}^{6}}{120} = {2.10}^{4} (m o l)$

$\begin{array}{l} 4 F e S_{2} + 11 O_{2} \overset{t °}{\to} 2 F e_{2} O_{3} + 8 S O_{2} \\ (mol) {2.10}^{4} 5, {5.10}^{4} \end{array}$

$V_{O_{2}} = 5, {5.10}^{4} .24, 79 = 1363450 L = 1363, 45 m^{3}$

$\Rightarrow V_{k k} = \frac{1363, 45}{21 %} = 6492, 62 (m^{3}) \approx 6493 m^{3} .$

Câu 10. Trong công nghiệp, sulfuric acid được sản xuất từ quặng pyrite có thành phần chính là FeS₂ theo sơ đồ sau:

$F e S_{2} \overset{}{\to} S O_{2} \overset{}{\to} S O_{3} \overset{}{\to} H_{2} S O_{4}$

Từ 1 tấn quặng chứa 60% FeS₂điều chế được x tấn dung dịch H₂SO₄ 98%. Biết hiệu suất cả quá trình là 80%, các tạp chất trong quặng không chứa lưu huỳnh. Giá trị của x là bao nhiêu?

A. 0,6.

B. 0,7.

C. 0,8.

D. 0,9.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: C

$m_{{FeS}_{2}} = 1.60 % = 0, 6$ tấn

Sơ đồ:

$F e S_{2} \overset{}{\to} 2 S O_{2} \overset{}{\to} 2 S O_{3} \overset{}{\to} 2 H_{2} S O_{4}$

120 → 196 gam

0,6 tấn $\overset{H = 80 %}{\to} m_{H_{2} S O_{4}} = \frac{0, 6.196}{120} .80 % = 0, 784$ tấn

$m_{d d H_{2} S O_{4}} = 0, 784. \frac{100}{98} = 0, 8$ tấn.

Xem thêm Phương pháp giải các dạng bài tập Hóa học 12 hay, chi tiết khác:

Trang trước Trang sau

Giải bài tập lớp 12 sách mới các môn học