[scheikunde] IJzererts

[Laura Van Melkebeke]

Kan er mij iemand vertellen wat ik verkeerd doe bij mijn redenering aub?
 
De opgave is :
Een erts dat 82 gew% FeS₂ en 18 gew% inerte stof bevat, wordt verbrand in een oven met 40% luchtovermaat, voor de oxidatie tot SO₃. Volgende reacties grijpen plaats in de oven:
2 FeS₂ (vast) + 11/2 O₂ (gas)→Fe₂O₃ (vast)+ 4 SO₂ (gas)
2 FeS₂ (vast) + 15/2 O₂ (gas)→Fe₂O₃ (vast)+ 4 SO₃ (gas)
In de oven wordt 85% van het FeS₂ geoxideerd, waarvan 40 % is geoxideerd tot SO₂. Twee stromen verlaten de oven: een gasstroom en vaste stof stroom. Bereken de verhouding van het volumedebiet gevoede lucht (STP) per kg erts en de molaire samenstelling van de gasstroom die uit de oven komt en de verhouding van het volumedebiet (STP) van deze gasstroom per kg erts.
(Antwoord: 3.83 m³ gevoede lucht/kg erts; 82.8% N₂+2.85% SO₂+4.28%SO₃+10.1%O₂; 3.65 m³ gas/kg erts)
 
Ik ben uitgegaan van 1kg erts, maw ik heb de gewichtsfractie omgezet naar mol en dan kom ik 6.83 mol ijzerdisulfide uit.
40 % van de 85% die geoxideerd wordt, gaat naar SO₂dus de uitgaan SO₂bevat dan 0.40*0.85*6.83 mol *2 (aangezien er dubbel zoveel mollen zijn in de bovenste reactie). ik kom dan 4.64 mol uit.
Er is 40% luchtovermaat bij de tweede reactie dus als er 6.83 mol ijzerdisulfide is, dan is er 15/2* 6.83 mol zuurstof aanwezig = 51.225 mol. Maar 40% overmaat dus 1.40 * 51.225= 71.72 mol zuurstof. Dus ik dacht dat het overblijvend aandeel van zuurstof = 71.72-51.225 = 20.50 mol . Waar redeneer ik fout??
 
Alvast bedankt!

[Jan van de Velde]

er is niet alleen 40% luchtovermaat bij de tweede reactie. 
 

40 % van de 85% die geoxideerd wordt, gaat naar SO₂ dus de uitgaan SO₂ bevat dan 0.40*0.85*6.83 mol *2 (aangezien er dubbel zoveel mollen zijn in de bovenste reactie). ik kom dan 4.64 mol uit.
 

dat is inderdaad hoeveel SO₂ er vrijkomt bij die eerste reactie 
bereken hoeveel O₂ daarvoor nodig is
 
bereken dan eens op gelijkaardige wijze hoeveel SO₃ er vrijkomt bij die tweede reactie, en hoeveel O₂ daarvoor nodig is.
 
tel alle gebruikte zuurstof op, en zet dáár 40% bovenop
bereken daarmee hoeveel mol lucht (stikstof plus zuurstof) je moet aanvoeren

[Laura Van Melkebeke]

Ik kom het nog steeds niet juist uit. Het totaal aantal ijzerdisulfide die wegreageert ( 1+2de reactie) = -0.85*6.83 mol= -5.81 mol, nu weten we dat in de eerste reactie er dus 0.40*0.85*6.83 mol wegreageert(=-2.32) dus het resterende aantal dat in de tweede reactie moet verdwijnen is -5.81+2.32= 3.49 mol , dus dit komt overeen met (15/2)*3.49/2 mol=26.18 mol  , dan kom ik een totale mol lucht van 168 uit? Dit klopt niet met het resultaat als je dit omrekent naar volume met de ideale gaswet.
 
 

er is niet alleen 40% luchtovermaat bij de tweede reactie. 
 
dat is inderdaad hoeveel SO₂ er vrijkomt bij die eerste reactie 
bereken hoeveel O₂ daarvoor nodig is
 
bereken dan eens op gelijkaardige wijze hoeveel SO₃ er vrijkomt bij die tweede reactie, en hoeveel O₂ daarvoor nodig is.
 
tel alle gebruikte zuurstof op, en zet dáár 40% bovenop
bereken daarmee hoeveel mol lucht (stikstof plus zuurstof) je moet aanvoeren

[Jan van de Velde]

dan kom ik een totale mol lucht van 168 uit? Dit klopt niet met het resultaat als je dit omrekent naar volume met de ideale gaswet.
 
 

zolang je niet laat zien hoe jij aan 168 mol lucht komt worden we niet wijzer aangaande je denk/rekenfouten.
 
 

Ik ben uitgegaan van 1kg erts, maw ik heb de gewichtsfractie omgezet naar mol en dan kom ik 6.83 mol ijzerdisulfide uit.

40 % van de 85% die geoxideerd wordt, gaat naar SO₂dus de uitgaan SO₂bevat dan 0.40*0.85*6.83 mol *2 (aangezien er dubbel zoveel mollen zijn in de bovenste reactie). ik kom dan 4.64 mol uit.

 

deze klopte, dwz voor de productie van SO₂
voor 4 mol SO₂ is 11/2 (=5,5) mol O₂ nodig 
voor 4,64 mol SO₂ is dus 5,5 : 4 x 4,64 = 6,38 mol 0₂ nodig
 
 
in zoiets als bovenstaand zien we redenering en rekenstappen terug
 
doen we dat vergelijkbaar voor de tweede reactie die zich afspeelt
 
60 % van de 85% die geoxideerd wordt, gaat naar SO₃ dus de uitgaan SO₃ bevat dan 0.60*0.85*6.83 mol *2 (aangezien er dubbel zoveel mollen zijn in de onderste reactie). ik kom dan 6,97 mol SO₃ uit. 
 
voor 4 mol SO₃ is 15/2 (=7,5) mol O₂ nodig 
voor 6,97 mol SO₃ is dus 7,5 : 4 x 6,97 = 13,07 mol 0₂ nodig
 
totaal wordt er dus 6,38 + 13,07 = 19,45 mol O₂ verbruikt in de reacties voor 1 kg ruw erts..
 
en probeer jij nou eens op vergelijkbare redenerende en rekenende wijze stap voor (reken)stap het vervolg, niet in halve redeneringen gevolgd door een uitkomst die niemand terug kan vinden. 
 
Denk erom, bij stoichiometrische berekeningen is het van groot belang dat je elk sommetje noteert, en van elke mol, liter of gram vermeldt om welke stof het gaat: Niet alleen 4,64 mol, maar 4,64 mol SO₂ .
Dat is ten eerste voor jezelf al de enige manier om de betekenis van je rekenwerk te kunnen blijven volgen, laat staan voor een ander, d.w.z. degene die je helpt, of degene die op een toets je werk moet corrigeren. En wat betreft die laatste: stel dat jij ergens halverwege een rekenfout maakt maar vervolgens correct doorrekent. Als ik als corrector niet zie waar de fout gemaakt wordt kan ik ook de mogelijk correcte vervolgstappen niet herkennen, en daarvoor dus ook geen punten meer geven. Daarmee kun je je diep in de vingers snijden. 

[Laura Van Melkebeke]

Ja inderdaad, ik had een redeneerfout gemaakt bij deze tweede.
 
Nu hebben we 19.45 mol zuurstof verbruikt, maar we gebruiken een overmaat van 40 % . Nu weet ik niet zo goed hoe ik hiermee moet rekenen. Moet je dan "1.40* 19.45 mol = 27.23 mol zuurstof" doen? En het aandeel lucht zou dan 27.23/21 * 100 = 129.7 mol zijn

[Jan van de Velde]

 
 
Nu hebben we 19.45 mol zuurstof verbruikt, maar we gebruiken een overmaat van 40 % . Nu weet ik niet zo goed hoe ik hiermee moet rekenen. Moet je dan "1.40* 19.45 mol = 27.23 mol zuurstof" doen? 

ja, en voor alle zekerheid, omdat we met twee soorten zuurstof te maken hebben, nl zuurstof IN en zuurstof UIT, dan is die 27,23 mol O₂ dus de O_2in
 

 En het aandeel lucht zou dan 27.23/21 * 100 = 129.7 mol zijn

houd je terminologie helder, van wat erin gaat is lucht het enige en dus alles, om dat dan een "aandeel" te noemen is ernaast.
Als men uitgaat van 21% zuurstof in de lucht (zal wel ergens gegeven zijn zeker?) dan is ook dit correct. 
 
 
er gaat dus 129,7 mol lucht het proces in voor één kg ruw erts. Hoeveel kuub lucht is dat? 

[Laura Van Melkebeke]

Ja, lucht bestaat uit 21% zuurstof en 79 procent stikstof (dit is gegeven).
Met de ideale gaswet is dit dan p.V= n . R . T , het is onder STP-condities dus ; R= 8.314 J/mol*K ; T=298 K ; n= 129,7 mol en p=101325 Pa, dit uitgerekend-> V= 3.17 kubieke meter.  Correct?

[Jan van de Velde]

Wat standaard is onder STP is aan discussie onderhevig, maar volg wat je boek zegt en dan is het wel in orde zo, je toont in elk geval netjes welke condities je veronderstelt. 
 
En daarmee vinden we niet de 3,83 m³ gevoede lucht uit je antwoordenboekje. 
Toevallig of niet, als we negeren dat onze kg erts maar voor 82% uit FeS₂bestaat en de vraag lezen als "het volumedebiet gevoede lucht (STP) per kg FeS₂ " vinden we inclusief de door ons gepleegde tussentijdse afrondinkjes 100/82 x 3,17 = 3,87 m³/kg.
 
Jammer voor het antwoordenboekje, onze berekening tot hier is stomweg correct.
Overigens, en niet minder belangrijk, wie er een fout in wil zoeken kan nu getal voor getal nagaan hoe we eraan kwamen en de fout precies aanwijzen. 
 
terzijde: het dient geen enkel doel steeds de voorgaande post integraal te citeren. Het bevordert de leesbaarheid van een discussie als deze niet, dus het is zelfs contraproductief. Als je wil reageren op een specifieke bewering in een post, citeer dan die post en knip alles eruit dat niet van toepassing is op je reactie.

[Margriet]

 
Nu hebben we 19.45 mol zuurstof verbruikt, maar we gebruiken een overmaat van 40 % . Nu weet ik niet zo goed hoe ik hiermee moet rekenen. Moet je dan "1.40* 19.45 mol = 27.23 mol zuurstof" doen? En het aandeel lucht zou dan 27.23/21 * 100 = 129.7 mol zijn

Je gaat hier uit van het daadwerkelijk verbruik aan zuurstof. Ga je echter uit van de invoer van FeS₂ dan kom je op 27,23 x 100/85 = 32,04mol O₂.
Dat is (Vm =24,5L)  dan 785 L O₂ en dat is 3,83 m³ lucht bij 20,5% O₂.

[Jan van de Velde]

Ik wil je niet tegenspreken: ik kan rekenen, maar doe op scheikundegebied voor jou een eerbiedige stap opzij  .
 
Maar je opmerking betekent dat je een overmaat lucht wil berekenen gebaseerd op wat deze hoogoven zóu kunnen verbruiken áls alle FeS₂ zou worden omgezet. 
Terwijl we weten -gegeven- dat slechts 85% zal worden omgezet. 
Is er dienaangaande een afspraak in de scheikunde?
 
Dan gebruik je 20,5% zuurstof als gegeven, terwijl Laura's cursus volgens haar zeggen van 21% uitgaat.  Zó dus dat we volgens die mogelijke afspraak  óók niet op het antwoordenboekjesresultaat van 3,83 m³ toegevoerde lucht zouden mogen eindigen toch? 
 
Beetje jammer dat de 15% (niet reagerend FeS₂) weinig afwijkt van de 18%  (inert materiaal in het erts). 

[Margriet]

Maar je opmerking betekent dat je een overmaat lucht wil berekenen gebaseerd op wat deze hoogoven zóu kunnen verbruiken áls alle FeS₂ zou worden omgezet. 
Terwijl we weten -gegeven- dat slechts 85% zal worden omgezet. 
Is er dienaangaande een afspraak in de scheikunde?

Of er een afspraak is weet ik niet maar uit ervaring weet ik dat je bij het inwegen van een reactie uitgaat van de molverhouding van voor de pijl en van daaruit ook een eventuele overmaat berekent. Je houdt daarbij geen rekening met de omzettinsgraad. De omzettingsgraad is overigens ook niet altijd bekend. En wat te doen met een reactie die niet of nauwelijks verloopt? Je gaat dus inderdaad uit van hoeveel zou kunnen reageren. 
 

 Dan gebruik je 20,5% zuurstof als gegeven, terwijl Laura's cursus volgens haar zeggen van 21% uitgaat.  Zó dus dat we volgens die mogelijke afspraak  óók niet op het antwoordenboekjesresultaat van 3,83 m³ toegevoerde lucht zouden mogen eindigen toch? 

 Je hebt helemaal gelijk. Ik heb die 21% over het hoofd gezien en zag dat ik bij 20,5% goed uitkwam. Vandaar dat ik daar voor koos. Toch maar een kleiner stapje opzij dus. 

[Jan van de Velde]

Enfin, conclusie voor Laura:
Overmaat toegevoerde lucht berekenen niet op basis van 140% van de 85% opbrengst, maar op basis van totale hoeveelheid FeS₂dat de oven ingaat, of het gaat reageren of niet.
Je komt net niet op het antwoordenboekje uit, maar je bent dan wél goed onderweg. 
 
nou nog het gas dat de oven uitkomt. 

[Pinokkio]

In augustus had Laura al een topic waarbij verwarring was vanwege de interpretatie van overmaat lucht.
 
Daar bleek uiteindelijk dat het gewenste antwoord alleen te bekomen was door aan te nemen dat de luchtovermaat betrekking had op alle toegevoerde grondstof, niet op de werkelijk omgezette grondstof.
 
http://sciencetalk.nl/forum/index.php/topic/200586-overmaat-lucht-bepalen/

[Laura Van Melkebeke]

Als ik het doe zoals dat Deaconproces, kom ik nog steeds niet het exacte antwoord uit... hier komt die 6,83 mol toch overeen met 4 mol ijzersulfide ? Dus als ik dat dan vergelijk met de hoeveelheid zuurstof die daarvoor nodig is is dat voor beide processen samen 13 mol => 6,83 /4 *13 overmaat in rekening brengen : 1,40 * ...= als je dit omzet naar de hoeveelheid lucht kom ik het nog niet exact uit?

[Jan van de Velde]

Opmerking moderator

@Laura:
 
 

Als ik het doe zoals dat Deaconproces, kom ik nog steeds niet het exacte antwoord uit... hier komt die 6,83 mol toch overeen met 4 mol ijzersulfide ? 

We zien in heel de bovenstaande topic nergens "die 6,83 mol". En of jouw antwoord dan wél correct is of niet is alleen na te gaan als je je berekening stap voor stap, en helder uitgelegd, hier plaatst.