황산의 원료인 아황산가스를 황화철광(iron pyrite)을 공기로 완… | [화공기사 필기] 22년 1회차 기출문제 상세 페이지
1[화공기사 필기] 22년 1회차
황산의 원료인 아황산가스를 황화철광(iron pyrite)을 공기로 완전 연소하여 얻고자 한다. 황화철광의 10%가 불순물이라 할 때 황화철광 1톤을 완전연소 하는데 필요한 이론 공기량(Sm3)은? (단, S와 Fe의 원자량은 각각 32amu와 56amu이다.)
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해설
황화철광(FeS₂)의 연소 반응식은 4FeS₂ + 11O₂ → 2Fe₂O₃ + 8SO₂이다. 먼저 황화철광 1톤(1000 kg = 1,000,000 g)에서 순수 FeS₂의 질량은 1,000,000 × 0.9 = 900,000 g이다. FeS₂의 분자량은 56 + 32×2 = 120이므로, 몰수는 900,000 ÷ 120 = 7,500 mol이다. 반응식에서 FeS₂ : O₂ = 4 : 11의 몰비이므로, 필요한 O₂의 몰수는 7,500 × (11/4) = 20,625 mol이다. 표준상태에서 1 mol의 기체는 22.4 Sm³를 차지하므로, O₂의 부피는 20,625 × 22.4 = 462,000 Sm³이다. 공기는 O₂를 21%로 함유하므로, 필요한 이론 공기량은 462,000 ÷ 0.21 = 2,200,000 Sm³, 즉 2,200 Sm³(천 단위 표기)이다.
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