..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.
| Θερμοκρασία
(0C) |
Διαλυτότητα
(g NaHCO3/100 g H2O)
|
| 60 0C |
16,4 |
| 50 0C |
14,45 |
| 40 0C |
12,7 |
| 30 0C |
11,1 |
| 20 0C |
9,6 |
| 10 0C |
8,15 |
(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. Ar[Fe] = 55,8 Ar[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; Mr[BaS] = 169,39 Mr[BaSO4] = 233,36 Ar[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.
Mr[FeO] = 71,84 Mr[Fe2O3] = 159,69 Mr[CO] = 28,01 Ar[Fe] = 55,8 Ar[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;
Mr[Al2O3] = 101,9 Mr[H2SO4] = 98,1 Mr[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 1ο 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 Mr[LiH] =7,95 Mr[BCl3] = 117,17 Mr[B2H6] = 27,67 και Mr[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) + CO2(g) ⇒ Li2CO3(s) + H2O(l)
Αν δίδονται Mr[LiOH] =23,95 Mr[NaOH] =39,997 και Mr[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:
CO2(g) + 4 H2(g) → CH4(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.
CH4(g) → C(s) + 2 H2(g)
Το νερό απ’ την αντίδραση μεθάνωσης ηλεκτρολύεται για την παραγωγή πρόσθετου υδρογόνου και του απαραίτητου οξυγόνου.
2 H2O(aq) → 2 H2(g) + O2(g)
α) Πόσα g C(s) σχηματίζονται ανά g CO2(g) ;
β) Πόσα mole CH4(g) σχηματίζονται ανά g O2(g) που ανακτάται ;
γ) Πόσα Kg νερού σχηματίζονται, σαν ενδιάμεσο προϊόν της διεργασίας, ανά Kg CO2(g) που αντέδρασε;
Δίδονται: Ar[C] = 12 Mr[CO2] =44 Mr[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; Mr[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).
Γαλακτοκομείο ..πωλεί καζεΐνη!
Ένα γαλακτοκομείο παράγει καζεΐνη, που όταν είναι υγρή περιέχει 23,7 % (w/w) υγρασία. Την πουλά προς 170 €/100 Kg. Η καζεΐνη αυτή επίσης ξηραίνεται για να παραχθεί ένα προϊόν με 10 % (w/w) υγρασία. Τα έξοδα για την ξήρανση είναι 17 €/100 Kg νερού που απομακρύνεται. Ποια πρέπει να είναι η τιμή πώλησης της ξηραμένης καζεΐνης ώστε να επιτευχθεί το ίδιο κέρδος;
(Απ: 204 €/100 Kg).
..Εξουδετέρωση όξινων αποβλήτων
Για την εξουδετέρωση 20 L (λίτρων) όξινων αποβλήτων μιας σιδηρουργίας, απαιτήθηκαν 567 g NaOH (Mr = 40). Πόσα Kg ασβέστου περιεκτικότητας 94 % (w/w) σε Ca(OH)2 (Mr = 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: Ar[S] = 32 Mr[ZnS] = 97 Mr[H2SO4] = 98 Mr[H2O] = 18
(Απ: )
Κρυστάλλωση
Η διαλυτότητα του Ba(NO3)2 στους 100 oC είναι 34 g/100 g H2O και στους 0 οC είναι 5,0 g/100 g H2O. Πόσο νερό χρειάζεται για να παρασκευαστεί ένα κορεσμένο υδατικό διάλυμα με 100 g Ba(NO3)2 στους 100 oC; Αν αυτό το διάλυμα ψυχθεί στους 0 οC πόσο Ba(NO3)2 αποβάλλεται;
(Απ: 294,1 g – 85,3 g).
