Chemistry Labs

Bài 5

Để loại lưu huỳnh khỏi nhiên liệu, các nhà máy lọc dầu dùng quá trình hydrodesulfurization có hydro, thường trên xúc tác MoSX2\ce{MoS2} nền SiOX2\ce{SiO2}. Trao đổi đồng vị ở bề mặt khí–rắn chỉ trao đổi các nguyên tử bề mặt. Thí nghiệm nghiên cứu trao đổi giữa xúc tác MoSX2/SiOX2\ce{MoS2/SiO2} (mcat=1.2350m_{\text{cat}} = 1.2350 g, phần khối lượng Mo wMo=4.280%w_{\ce{Mo}} = 4.280\%, ban đầu chỉ chứa 32^{32}S) với khí HX2X34X2234S\ce{H2^{34}S} trong lò dòng (p=1.00p = 1.00 bar, lưu lượng v=20.0v = 20.0 mL min−1^{-1}, T=23.0T = 23.0 °C, φ(HX2X34X2234S)=1.00%\varphi(\ce{H2^{34}S}) = 1.00\%, độ tinh khiết đồng vị α=99.95\alpha = 99.95 mol%). Sau t=10.0t = 10.0 min, phần 34^{34}S trong các nguyên tử lưu huỳnh của khí thu được là γ=87.3\gamma = 87.3 mol%. (a) Tính số mol nguyên tử lưu huỳnh bề mặt đã trao đổi n(S)surfacen(\mathrm{S})_{\text{surface}}. (b) Giả sử hạt MoSX2\ce{MoS2} hình cầu đồng nhất, khối lượng riêng ρ=5.06\rho = 5.06 g cm−3^{-3}, diện tích bề mặt mỗi nguyên tử AS=3.00×10−19A_S = 3.00\times 10^{-19} m² (S) và AMo=5.00×10−19A_{\ce{Mo}} = 5.00\times 10^{-19} m² (Mo), và chỉ một nửa mỗi đơn vị MoSX2\ce{MoS2} lộ ra bề mặt, tính bán kính hạt RR theo nm (M(MoSX2)=160.07M(\ce{MoS2}) = 160.07, M(Mo)=95.95M(\ce{Mo}) = 95.95 g mol−1^{-1}).
Bước 1/4: Cân bằng lưu huỳnh trong khí
← TrướcTiếp →
Vin=v t φ α=20×10×0.01×0.9995=2.00 mL;Vout(34S)=v t φ γ=1.75 mLV_{\text{in}} = v\,t\,\varphi\,\alpha = 20\times 10\times 0.01\times 0.9995 = 2.00\ \text{mL};\quad V_{\text{out}}(^{34}\mathrm{S}) = v\,t\,\varphi\,\gamma = 1.75\ \text{mL}
Phân tích

Reactor được cấp 20×10=20020\times 10 = 200 mL khí, trong đó 1.00 % là H2S; 99.95 % mang 34^{34}S, nên Vin(34S)=2.00V_{\text{in}}(^{34}\mathrm{S}) = 2.00 mL. Khí thu có cùng lưu lượng nhưng chỉ γ=87.3%\gamma = 87.3\% lưu huỳnh H2S là 34^{34}S: Vout=200×0.01×0.873=1.75V_{\text{out}} = 200\times 0.01\times 0.873 = 1.75 mL. 0.25 mL thiếu chính là 32^{32}S từ bề mặt xúc tác trao đổi vào.