elgavrilis's blog

..Ξηρός πάγος

Κατά την καύση επτανίου παράγεται CO₂. Αν πρέπει να παραχθούν 500 Kg ξηρού πάγου, και μόνο το 50 % του CO₂ μετατρέπεται σε ξηρό πάγο, πόσα Kg επτανίου την ώρα πρέπει να καούν;

(Απ: 325 Kg).

..Δέσμευση διαλυμένου οξυγόνου

Η διάβρωση των αυλών των λεβήτων από το οξυγόνο, μπορεί να περιοριστεί με τη χρήση θειώδους νατρίου. Το θειώδες νάτριο απομακρύνει το οξυγόνο από το νερό τροφοδοσίας των λεβήτων σύμφωνα με την αντίδραση:

2 Na₂SO₃  +  O₂  ⇒ 2 Na₂SO₄

Πόσα Kg θειώδους νατρίου απαιτούνται θεωρητικά, για να απομακρυνθεί το οξυγόνο από 80 tn (τόνους) νερού που περιέχουν 10 ppm διαλυμένου οξυγόνου και συγχρόνως να διατηρηθεί περίσσεια 35 % Na₂SO₃;

(Απ: 8,5 Kg).

..Υπολογισμοί από ανάλυση ασβεστολιθικού πετρώματος

Η ανάλυση ενός ασβεστολιθικού ορυκτού έδωσε: CaCO₃ 92,89 % – MgCO₃ 5,41 % – Αδιάλυτα 1,70 %.

(α) Πόσα Kg οξειδίου του ασβεστίου CaO παράγονται από 5,0 tn (τόνους) αυτού του ασβεστολίθου;

(β) Πόσα Kg CO₂ σχηματίζονται ανά Kg ασβεστολίθου;

(γ) Πόσα Kg ασβεστολίθου απαιτούνται για την παρασκευή 1 t ασβέστου (CaO -MgO-αδιάλυτα);

(Απ: 2600 Kg – 0,437 Kg/Kg ασβεστολίθου – 1776 Kg ασβεστόλιθου/tn ασβέστου).

Βιταμίνη Β₂ στο τυρί

Ο μέσος άνθρωπος χρειάζεται γύρω στα 2,00 mg ριβοφλαβίνης (βιταμίνη Β₂) την ημέρα. Πόσα γραμμάρια τυρί πρέπει να τρώει κάθε μέρα ένας άνθρωπος, αν αυτό ήταν η μόνη πηγή ριβοφλαβίνης, και αν η περιεκτικότητα του τυριού σε ριβοφλαβίνη είναι 5,5 ppm (5,5 x 10^-6 g/g τυριού).

(Απ: περίπου 360 g)

Βρώμιο στο θαλασσινό νερό

Η μέση περιεκτικότητα του θαλασσινού νερού σε βρώμιο είναι 65 μέρη μάζας ανά εκατομμύριο (65 ppm). Με την προϋπόθεση ότι μπορεί να ανακτηθεί το 100 % του βρωμίου, πόσα m³ θαλασσινού νερού πρέπει να υποστούν κατεργασία για να παραχθεί 1 Kg βρώμιο; Η πυκνότητα του θαλασσινού νερού είναι 1,03 g/ml.

(Απ: 14,93 m³)

Ξήρανση χαρτοπολτού

Υγρός χαρτοπολτός περιέχει 71 % (w/w) νερό. Μετά από ξήρανση απομακρύνθηκε το 60 % του αρχικού νερού. Να υπολογίσετε α) Τη σύσταση του χαρτοπολτού μετά την ξήρανση. β) Τη μάζα νερού που απομακρύνθηκε, ανά Kg υγρού χαρτοπολτού.

(Απ: 49,4 % – 426 g/Kg πολτού)

Κρυστάλλωση

Μια μεγάλη δεξαμενή περιέχει 1000 Kg κορεσμένου διαλύματος NaHCO₃ στους 60 ⁰C. Θέλουμε να κρυσταλλωθούν 500 kg NaHCO₃. Σε ποια θερμοκρασία πρέπει να ψυχθεί το διάλυμα; Δίδεται ο παρακάτω πίνακας διαλυτότητας NaHCO₃ ανά 100 g νερού σε διάφορες θερμοκρασίες.

(Απ: 27 ⁰C)

Μικτό οξείδιο σιδήρου

Ορυκτό οξείδιο σιδήρου βρέθηκε με χημική ανάλυση ότι περιέχει 72,3 % κατά βάρος (w/w) σίδηρο. Αν το οξείδιο περιέχει σίδηρο (ΙΙ) και σίδηρο (ΙΙΙ), υπολογίστε το ποσοστό του καθενός εξ’ αυτών. A_r[Fe] = 55,8  A_r[O] = 16.

(Απ: ≈ 30% FeO και ≈ 70% Fe₂O₃ w/w ).

Ορυκτό .. Βαρύτης

Βαρύτης με σύσταση 100 % BaSO₄ συντήκεται με άνθρακα υπό μορφή κωκ που περιέχει 6 % τέφρα (μη αντιδρόν συστατικό). Η σύσταση της μάζας μετά τη σύντηξη είναι: BaSO₄ 11,1 %, BaS 72,8 %, C 13,9 %, τέφρα 2,2 % = σύνολο 100 % . Η αντίδραση που πραγματοποιείται είναι:

BaSO₄ + 4C ⇒ BaS + 4CO

Ποιο συστατικό βρίσκεται σε περίσσεια και σε τι ποσοστό; Ποιος ο βαθμός μετατροπής της αντίδρασης; M_r[BaS] = 169,39  M_r[BaSO₄] = 233,36  A_r[C] = 12

(Απ: Σε περίσσεια βρίσκεται το BaSO₄ σε ποσοστό 1607 % – 60 % βαθμός μετατροπής).

Υψικάμινος

Η αντίδραση που πραγματοποιείται σε μία υψικάμινο, μπορεί να θεωρηθεί απλά ότι είναι η παρακάτω:

Fe₂O₃  +  3 C ⇒ 3 Fe  +  3 CO

Συγχρόνως όμως συμβαίνουν και ανεπιθύμητες αντιδράσεις η σπουδαιότερη από τις οποίες είναι:

Fe₂O₃  +  C ⇒ 2 FeO  +  CO

Μετά την ανάμιξη 300 Kg άνθρακα (κωκ) με 1,00 τόνο (tn) καθαρού Fe₂O₃, παράγονται από τη διεργασία 600 Kg καθαρού σιδήρου, 91,5 Kg FeO, και 42,5 Kg Fe₂O₃. Να υπολογιστούν τα ακόλουθα:

(α) Την % περίσσεια άνθρακα που τροφοδοτήθηκε με βάση υπολογισμού την κύρια αντίδραση.

(β) Τον % βαθμό μετατροπής του Fe₂O₃ σε Fe.

(γ) Τα Kg του άνθρακα που αντέδρασαν και τα Kg του CO που σχηματίστηκαν, ανά τόνο αρχικού Fe₂O₃.

M_r[FeO] = 71,84     M_r[Fe₂O₃] = 159,69  M_r[CO] = 28,01    A_r[Fe] = 55,8   A_r[C] = 12

(Απ:  133 % περίσσεια C – 85,7 % βαθμός μετατροπής  Fe₂O₃ σε Fe  – 200,88 Kg C – 468,88 Kg CO).

Παραγωγή θειικού αργιλίου  Al₂(SO₄)₃

Το θειικό αργίλιο χρησιμοποιείται στην κατεργασία νερού, και σε πολλές άλλες χημικές διεργασίες. Η παραγωγή του βασίζεται στην αντίδραση κονιοποιημένου βωξίτη, με θειικό οξύ 77 %  κατά βάρος (77 % w/w). Ο βωξίτης περιέχει 55,4 % (w/w) οξείδιο του αργιλίου, ενώ το υπόλοιπο είναι προσμίξεις. Για την παραγωγή ακατέργαστου θειικού αργιλίου που να περιέχει 2000 Kg καθαρού θειικού αργιλίου, χρησιμοποιήθηκαν 1110 Kg βωξίτη και 2510 Kg διαλύματος H₂SO₄ 77 % (w/w) σε οξύ. Αν η χημική εξίσωση της αντίδρασης είναι:

Al₂O₃  +  3 H₂SO₄  ⇒ Al₂(SO₄)₃  + 3 H₂O

(α) Ποιο αντιδρόν βρίσκεται σε περίσσεια;

(β) Τι ποσοστό του αντιδραστηρίου που είναι σε περίσσεια αντέδρασε;

(γ) Ποιος είναι ο βαθμός μετατροπής της αντίδρασης;

M_r[Al₂O₃] = 101,9      M_r[H₂SO₄] = 98,1  M_r[Al₂(SO₄)₃] = 342,1

(Απ: Το H₂SO₄ – 88,12 % του H₂SO₄ αντέδρασε – 96,84 % βαθμός μετατροπής).

Μείγμα βενζίνης – αιθανόλης

Ένα μίγμα βενζίνης και αιθανόλης περιέχει 25 % (w/w) αιθανόλη. Η πυκνότητα του μίγματος είναι 0,8 g/ml. Υπολογίστε την % (w/v) και % (v/v) περιεκτικότητα του μίγματος. Η πυκνότητα της καθαρής αιθανόλης είναι 0,789 g/ml.

(Απ: 17,6 % w/v – 22,3 % v/v).

Αλκοολικό διάλυμα 70⁰ βαθμών

Ένα διάλυμα αιθανόλης για φαρμακευτική χρήση, είναι το αλκοολικό διάλυμα 70⁰ βαθμών, που περιέχει 70 % (v/v) αιθανόλη. Αν η πυκνότητα του διαλύματος είναι 0,876 g/ml και η πυκνότητα της καθαρής αιθανόλης είναι 0,789 g/ml, υπολογίστε την την % (w/v) και % (v/v) περιεκτικότητα του μίγματος, καθώς και την ποσότητα σε g της αιθανόλης που περιέχεται σε ένα μπουκάλι 300 ml που αγοράζουμε από το φαρμακείο.

(Απ: 55,23 % w/v – 63,04 % w/w – 165,7 g).

Κράμα χρυσού και χαλαζία..

Ένα κόσμημα από χρυσό και χαλαζία έχει μάζα 100 g. Οι πυκνότητες χρυσού, χαλαζία και κοσμήματος είναι 19,3 – 2,65 – 6,4  g/cm³ αντίστοιχα. Βρείτε τη μάζα του χρυσού στο κόσμημα.

(Απ: 68 g).

..Ξήρανση πηλού

Μια μάζα πηλού περιέχει αρχικά 12 % (w/w) νερό. Μετά από μερική ξήρανση, απομακρύνθηκε μια ποσότητα νερού οπότε περιείχε 7 % νερό και 50 %  SiO₂ (silica). Ποια αναλογία SiO₂ περιείχε ο αρχικός πηλός;

(Απ: 47 % w/w).

Φωσγένιο

Το φωσγένιο (COCl₂) είναι γνωστό σαν το πρώτο τοξικό αέριο που χρησιμοποιήθηκε επιθετικά στον 1_ο Παγκόσμιο Πόλεμο. Σήμερα όμως βρίσκει πολλές βιομηχανικές εφαρμογές. Το φωσγένιο παράγεται από την καταλυτική αντίδραση CO και Cl₂ με άνθρακα σαν καταλύτη. Η χημική εξίσωση της αντίδρασης είναι:

CO  + Cl₂  ⇔ COCl₂

Αν τα προϊόντα στην έξοδο ενός εργαστηριακού αντιδραστήρα περιέχουν 3,00 mole Cl₂ , 10,00 mole COCl₂ και 7,00 mole CO, να βρεθούν:

(α) Το % ποσοστό του αντιδραστηρίου σε περίσσεια που αντέδρασε.

(β) Ο % βαθμός μετατροπής του περιοριστικού αντιδρώντος.

(γ) Τα mole φωσγενίου που σχηματίζονται ανά mole ολικής τροφοδοσίας του αντιδραστήρα.

(Απ: 58,8 % – 76,9 % – 1/3 Kg COCl₂/Kg αντιδρώντων).

Διβοράνιο (B₂H₆) ως προωθητικό πυραύλων

Το διβοράνιο (B₂H₆) μπορεί να χρησιμοποιηθεί σαν προωθητικό σε πυραύλους στερεών καυσίμων. Μια από τις πιο απλές μεθόδους παραγωγής του (όχι όμως η φθηνότερη), χρησιμοποιεί υδρίδιο του λιθίου.

6 LiH  +  2 BCl₃  ⇔ B₂H₆  +  6 LiCl

Υποθέστε ότι 200 Kg LiH αντιδρούν με 1000 Kg BCl₃ και παράγονται 45,0 Kg B₂H₆.  Αν M_r[LiH] =7,95  M_r[BCl₃] = 117,17  M_r[B₂H₆] = 27,67  και M_r[LiCl] =42,39  Να βρεθούν:

(α) Ο % βαθμός μετατροπής του LiH σε B₂H₆.

(β) Η απόδοση σε B₂H₆

(γ) Τα Kg LiCl που σχηματίζονται.

(Απ: 38 % –  38,64 % – 412 Kg).

Απομάκρυνση CO₂ από τα επανδρωμένα διαστημόπλοια.

Η απομάκρυνση CO₂ από επανδρωμένα διαστημόπλοια γίνεται με απορρόφησή του από υδροξείδιο του λιθίου σύμφωνα με την παρακάτω αντίδραση:

2 LiOH_(s)  +  CO_2(g) ⇒ Li₂CO_3(s)  +  H₂O_(l)

Αν δίδονται M_r[LiOH] =23,95  M_r[NaOH] =39,997 και   M_r[CO₂] =44,01 απαντήστε στα παρακάτω:

(α) Αν σχηματίζεται 1 Kg CO₂  ανά ημέρα και ανά άνθρωπο, πόσα Kg LiOH απαιτούνται ανά ημέρα και ανά άνθρωπο;

(β) Πόση θα είναι η % αύξηση βάρους του οχήματος, αν το LiOH αντικατασταθεί από NaOH που είναι φθηνότερο;

(Απ: 1,08 Kg LiOH/ημέρα/άνθρωπο – 67 % αύξηση βάρους).

Παραγωγή Ο₂ στα διαστημόπλοια..

Τα διαστημόπλοια Gemini και Apollo μετέφεραν υγροποιημένο οξυγόνο. Όμως για πτήσεις μεγάλης διάρκειας, θα πρέπει να αναγεννάται το οξυγόνο από τα απόβλητα του οχήματος. Οι πιο πολλές μέθοδοι που έχουν προταθεί, βασίζονται στην αναγωγή του διοξειδίου του άνθρακα με άμεση ή έμμεση ανάκτηση του οξυγόνου που περιέχεται στο CO₂. Μια από τις επικρατέστερες προτάσεις είναι είναι η αναγωγή του CO₂ με μοριακό υδρογόνο για το σχηματισμό νερού που ηλεκτρολύεται κατόπιν για την παραγωγή οξυγόνου. Παραλλαγή αυτής της μεθόδου, αποτελεί και η γνωστή αντίδραση Sabatier ή μεθάνωση:

 CO_2(g) + 4 H_2(g)  → CH_4(g) + 2 H₂O_(g)

Στη θερμοκρασία των 200 ⁰C με καταλύτη Ni η αντίδραση του CO₂ είναι ουσιαστικά πλήρης. Το μεθάνιο που σχηματίζεται πυρολύεται, και το υδρογόνο που παράγεται μπορεί να ανακυκλωθεί.

CH_4(g) → C_(s) + 2 H_2(g) 

Το νερό απ’ την αντίδραση μεθάνωσης ηλεκτρολύεται για την παραγωγή πρόσθετου υδρογόνου και του απαραίτητου οξυγόνου.

2 H₂O_(aq) → 2 H_2(g) + O_2(g)

α) Πόσα g C_(s) σχηματίζονται ανά g CO_2(g) ;

β) Πόσα mole CH_4(g) σχηματίζονται ανά g O_2(g) που ανακτάται ;

γ) Πόσα Kg νερού σχηματίζονται, σαν ενδιάμεσο προϊόν της διεργασίας, ανά Kg CO_2(g) που αντέδρασε;

Δίδονται:  A_r[C] = 12    M_r[CO₂] =44  M_r[H₂O] =18

(Απ: 3/11 g – 1/32 mole – 9/22 Kg).

Σύννομοι χημικοί υπολογισμοί..(επί του νόμου)!

Ένας νόμος ορίζει ότι απαγορεύεται η πώληση οποιουδήποτε απορρυπαντικού που περιέχει πεντοξείδιο του φωσφόρου (P₂O₅) πάνω από 20 % (w/w) κατά βάρος. Ποιο είναι το αντίστοιχο ποσοστό κατά βάρος (% w/w=?), φωσφορικού νατρίου Na₃PO₄ που μπορεί να χρησιμοποιηθεί σαν συστατικό των απορρυπαντικών; M_r[Na₃PO₄]=141    Mr[P₂O₅]=142.

(Απ: 33,1 % w/w).

Χημικοί υπολογισμοί.. σε κοστολόγιο!

Ποια είναι η διαφορά κόστους ανά Kg για την παραγωγή HCN, μεταξύ KCN 98 % (w/w) που κοστίζει 1,10 €/Kg και ενός μίγματος KCN 65 % (w/w) – NaCN 25 % (w/w) που κοστίζει 1,32 €/Kg; Δίδεται ότι: Mr[KCN]=65    Mr[NaCN]=49

(Απ: 0,073 €/Kg – 0,087 €/Kg).

Ποια είναι η μέθοδος παραγωγής Ο₂ με το χαμηλότερο κόστος;

Η παραγωγή οξυγόνου μπορεί να γίνει με θέρμανση χλωρικού καλίου, που κοστίζει 26 cents/Kg, ή νιτρικού καλίου, που κοστίζει 18 cents/Kg. Ποια από τις δύο μεθόδους έχει χαμηλότερο κόστος; Δίδονται: Mr[KClO₃]=122,5      Mr[KNO₃]=101

2 KClO₃ ⇒ 2 KCl + 3 O₂

2 KNO₃ ⇒ 2 KNO₂ +  O₂

(Απ:  Η πρώτη διότι παράγει 0,47 mole O₂/cent ⇔ 2,12 cent/mole O₂, ενώ η δεύτερη παράγει 0,27 mole O₂/cent ⇔ 3,70 cent/mole O₂).

..Εξουδετέρωση όξινων αποβλήτων

Για την εξουδετέρωση 20 L (λίτρων) όξινων αποβλήτων μιας σιδηρουργίας, απαιτήθηκαν 567 g NaOH (M_r = 40). Πόσα Kg ασβέστου περιεκτικότητας 94 % (w/w) σε Ca(OH)₂ (M_r = 74) απαιτούνται για την εξουδετέρωση 3,785 m³ του ίδιου υγρού;

(Απ: 105,6 Kg).

Στοιχειομετρία κατά την ανάκτηση Br₂ από το θαλασσινό νερό.

Το θαλασσινό νερό περιέχει 65 ppm (w/w) βρωμίου σαν βρωμιούχο ανιόν. Στη μέθοδο παραγωγής Ethyl – Dow, προστίθενται 0,12 Kg θειικού οξέος H₂SO₄ 98 % (w/w), ανά τόνο νερού μαζί με το θεωρητικά απαιτούμενο Cl₂ για την οξείδωση. Τελικά το βρώμιο αντιδρά μα αιθυλένιο (C₂H₄) και σχηματίζει διβρωμίδιο C₂H₄Br₂.

2 Br^–  +  Cl₂ ⇒2 Cl^–  +  Br₂

Br₂  + C₂H₄ ⇒ C₂H₄Br₂

Υποθέτοντας πλήρη μετατροπή, και χρησιμοποιώντας 30 m³ θαλασσινού νερού, βρείτε τις μάζες οξέος, χλωρίου, βρωμίου, και διβρωμιδίου που καταναλώνονται ή παράγονται. Η πυκνότητα του θαλασσινού νερού είναι 1,03 g/ml. Δίδονται επίσης: Mr[Cl₂]=71  Mr[Br₂]=160  . Mr[C₂H₄Br₂]=188.

(Απ: 2,00 g Br₂ ( ή Br^–) – 0,89 g Cl₂ – 2,35 g C₂H₄Br₂ – 3,70 Kg διαλύματος H₂SO₄ 98 % w/w).

Παραγωγή H₂SO₄ από το SO₂ της φρύξης θειούχων ορυκτών.

Οι μονάδες παραγωγής  H₂SO₄ επιδεινώνουν την ατμοσφαιρική ρύπανση με την έκλυση διοξειδίου και τριοξειδίου του θείου  από τις εγκαταστάσεις τους. Η παραγωγή όμως θειικού οξέος μπορεί να πραγματοποιηθεί με δέσμευση του διοξειδίου του θείου που εκλύεται κατά την επεξεργασία με Ο₂ (φρύξη) θειούχων ορυκτών για την παραγωγή μετάλλων από τα σχηματιζόμενα οξείδια κατά την φρύξη. Για παράδειγμα το θειικό οξύ μπορεί να ληφθεί σαν παραπροϊόν της παραγωγής ψευδαργύρου την φρύξη σφαλερίτη (ορυκτού ZnS). Η ανάλυση ενός μεταλλεύματος σφαλερίτη δίνει 65 %  ZnS και 35 % αδρανή υλικά κατά βάρος (w/w). Το μετάλλευμα καίγεται σε ένα φούρνο, και το SO₂ που προκύπτει μετατρέπεται σε SO₃, σε ένα καταλυτικό αντιδραστήρα. Το SO₃ απορροφάται από νερό και δίνει θειικό οξύ, με τελική σύσταση προϊόντος 2,0 % κβ (w/w) νερό και 98,0 % κβ (w/w) H₂SO₄. Το 99 % του ολικού θείου στο μετάλλευμα μετατρέπεται σε οξύ. Οι χημικές εξισώσεις των αντιδράσεων είναι:

ZnS + 1,5 O₂ ⇒ ZnO + SO₂ 

SO₂ + 0,5 O₂ ⇒ SO₃

SO₃ + H₂O ⇒ H₂SO₄ 

α) Υπολογίστε πόσοι τόννοι H₂SO₄ περιεκτικότητας 98 %  κατά βάρος (w/w) σε H₂SO₄ παράγονται από ένα εργοστάσιο ψευδαργύρου δυναμικότητας 186 τόννων (tn) μεταλλεύματος ανά ημέρα;

β) Πόσο νερό απαιτείται ανά ημέρα;

Δίδονται: A_r[S] = 32   M_r[ZnS] = 97  M_r[H2SO4] = 98    M_r[H2O] = 18

(Απ: )