NGUYÊN TẮC CÂN BẰNG KHỐI LƯỢNG VÀ
NĂNG LƯỢNG TRONG XỬ LÝ VẬT LIỆU

BÀI TẬP LỚN

I. Nhiệm vụ
1. Các biến đổi vật lý, hóa học xảy ra
a) Phân ly nhiệt

1
Fe7S8 ( s)  7FeS( s) + S2 ( g )
2

(3)

b) Các q trình oxy hóa các sunfua thấp hơn và khí S2
S2 + 2O 2  2SO2

FeS+1.75O 2 

(4)

1
Fe 2O3 +SO 2
2

(6)

FeS + 1.5O2  FeO + SO2

(7)

ZnS + 1.5 O2  ZnO + SO2

(8)

ZnS + 2O2  ZnSO4

(9)

2. Khối lượng (%) của kim loại, S, H2O trong quặng
Chất
17 (%)

Zn
39

Fe
14

S
21

- Khối lưọng ban đầu: m = 0.1 Sh ton = 90.7184 kg
- Khối lượng bụi:
- Vật liệu ban đầu: 40

H2O
10



- Bên trong lò: 920
- Sản phẩm: 900
- Bụi: 850
3. Nhiệm vụ
- Cân bằng khối lượng trong vật liệu
- Tính toán cân bằng năng lượng

II. Cân bằng khối lượng
Áp dụng định luật bảo tồn khối lượng, ta có:
MP ( Quặng Zn ) + Khơng khí ( phản ứng ) = Sản phẩm + Bụi ( Kéo vào bởi khí )
+ Khí

Chất
Zn
H
O
N
H2O
ZnS
ZnO
ZnSO4
SO2
Fe
FeO
Fe7S8
FeS
SO3
Fe2O3
S


Khối lượng mol
65.39
1.00
16.00
14.00
18.00
97.46
81.39
161.46
64.07
55.85
71.85
647.51
87.92
80.07
159.70
32.07

Bảng 1: Khối lượng mol của các nguyên tố và hợp chất
1. Tính tốn các ngun tố và hợp chất quặng Zn
a) Thành phần của 100kg quặng:


* Tính tốn các yếu tố
- Khối lượng các phần tử được tính dựa trên nội dung định luật được biểu thị bằng
phương trình:

m (elemento)
%(elemento) 
m(MP )

 m (elemento ) = % (elemento ) x m(MPsec a )
Người ta thấy rằng ngun liệu thơ khơ vì trước khi đưa vào phân tích, ngun liệu
đã được làm khơ, tức hàm lượng các nguyên tố được thu hồi bằng phương pháp
khô.
- Theo hàm lượng các nguyên tố trong chất cô đặc, ta có:
m( Zn ) = % (Zn)  m( quặng ) = 39% 100 = 39 (kg)
m ( Fe ) = % (Fe )  m( quặng ) = 14%  100 = 14 (kg)
m( S ) = % (S)  m(quặng ) = 21%  100 = 21 (kg)
* Tính tốn các hợp chất trong quặng cơ đặc:

m(Fe)×M(Fe7S8 ) 14 647.51

7

M(Fe)
7 55.85 = 23.1875 (kg )
m( Fe7S8 ) =
m(S) (trong Fe7S8 ) = m(Fe7S8 ) – m(Fe) = 23.1875 – 14 = 9.18747 (kg)

m(Zn)×M(ZnS) 39 97.46

M
(Zn)
65.39 = 58.1272 (kg)
m (ZnS ) =
m( S) ( ZnS ) = m(ZnS ) – m(Zn ) = 58.1272 – 39 = 19.1272 (kg)
m( khác ) = m(quặng ) – m( Fe7S8 ) – m(ZnS) = 100 – 23.1875 – 58.1272
= 18.6853 (kg)
Nguyên tố


Zn

Fe

S

Khác

Tổng

%


Khống
Fe7S8

14.00

ZnS
Khác
Tổng
%

39.00
39.00
39.00

14.00
14.00


9.187644

23.18746

23.18746

19.12732

58.12732
18.685297
100
100

58.12732
18.685297
100

28.314703
28.3147

18.685297
18.685297
18.685297

Bảng 2: Thành phần của 100 kg quặng khơ
 Ta thấy rằng khối lượng S tính tốn khác với khối lượng S phân tích trong
phịng thí nghiệm

mS = 28.3147 kg mS(lab ) = 21(kg)
Kết quả của phịng thí nghiệm phân tích là khơng chính xác, vì vậy, quyết định

điều chỉnh kết quả tổng khối lượng S trong bảng 2 là khối lượng thực tế của S mà
các hợp chất chứa
b) Tính tốn khối lượng nước trong quặng ướt:

%H 2O 



m(H 2O)×100
m(H 2O) +100  10 (m H 2O  100) 100 m H 2O
1000
m H 2O 
11.11(kg)
90


1000 90 m H2O

Nguyên tố
Khoáng
Fe7S8
ZnS
H2O
Khác
Tổng
%

Zn

Fe


S

14.00

9.18746
19.12723

H2O

Khác

Tổng

%
20.8689
52.315
9.999
16.8169
100

14.00

28.31470

11.11

18.6853
18.6853


23.18746
58.12723
11.11
18.6853
111.11

12.6001

25.4835

9.999

16.8169

100

39.00

11.11
39.00
35.100
3

Bảng 3: Thành phần của quặng ướt
Đổi 0.1 Sh ton = 90.7184 (kg) quặng


Dựa vào kết quả về thành phần phần trăm của các nguyên tố trong bảng 3, ta tính
được khối lượng các nguyên tố mà nó có trong 90.7184 kg nguyên liệu (MP), đó là
khối lượng thực của quặng. Áp dụng định luật hàm lượng không đổi cho khối

lượng khác, % các nguyên tố và hợp chất cố định ở cột và hàng cuối cùng của bảng
2 nhân với khối lượng thực của MP theo cơng thức m elem. = %×m(MP)×m elem.
c) Tính tốn các thành phần của 90.7184 kg quặng, (q):

+

m Zn (ZnS) =

%(Zn)×m(q)
35.100390.7184
31.84247(kg)
100
100
=

%(Fe)×m(q) 12.600190.7184
11.43062(kg)
m
(Fe
S
)
100
100
Fe
7
8
+
=
=


+

m Fe7S8

%(Fe7S8 )×m(q) 20.8689 90.7184

18.931957(kg)
100
100
=

%(ZnS)×m(q) 52.31590.7184
m ZnS 

47.459362(kg)
100
100
+
+

mS (Fe7S8 ) = m Fe7S8 -m Fe 18.931957  11.430632 7.501325(kg)

+ mS (ZnS) m ZnS -m Zn 47.459362  31.842476 15.616886(kg)

+
+

m H 2O 

%(H 2O)×m(q) 9.999190,7184


9.071023(kg)
100
100

m  m(q)-m Fe7S8 -m ZnS -m H 2O 90.7184  18.931975  47.459362  9.0710233
= 15.256057(kg)

Nguyên
tố

Zn

Fe

S

H2O

Khác

Tổng

%


Khống
Fe7S8
ZnS


11.43063
31.84247

7.501325
15.61688

18.93196
47.45936

6

2
9.071023
15.25605

H2O

9.071023
15.25605

Khác
Tổng

31.84247

11.43063

23.11821

9.071023


%

35.1003

12.6001

25.48347

9.9991

7
15.25605
7
16.81694

7

20.86893
52.3150
9.99909
16.81694

90.7184

100

100

Bảng 4: Thành phần của 90.7184 kg quặng

d) Tính tốn thành phần bụi (b)
- Tỉ lệ % cho trước của bột đối với MP là 2.4%, tổng khối lượng của bụi có thể
được tính theo cơng thức:
mbụi = % (bụi)  mquặng
 mbụi = 2.4% 90.7184 = 2.1772416 (kg)
- Thành phần bột được tính theo bảng 2 cho 100 kg quặng khô do quy luật về hàm
lượng của các nguyên tố, theo cách tương tự như thao tác được thực hiện để lập
bảng 3 theo cơng thức:

m elem (polvo) %(polvo)×m polvo
thành phần bột được cho bởi:
m Fe (Fe7S8 )×m b 14 2.1772476

0.3048138(kg)
100
100
+ m Fe (bụi) ( Fe7S8) =
m Zn (ZnS)×m b 39 2.1772416

0.8491242(kg)
100
100
+ mZn(bụi) (ZnS) =
mS (Fe7S8 )×m b 9.1874664 2.1772416

0.20003(kg)
m
100
100
S

+
(bụi) (Fe7S8) =


mS (ZnS)×m b 19.127237 2.1772416

0.4164462(kg)
100
100
+ mS (bụi) (ZnS) =

+
+

m (b)

mạ (100kg)ìm b 18.685297 2.1772426

0.4068241(kg)
100
100

m Fe7S8 (b) = m Fe (b)  mS (b)

= 0.3048138 + 0.20003 = 0.5048472 (kg)

+ m ZnS (b) m Zn (b)  mS (b) = 0.8491242 + 0.4164462 = 1.2655704 (kg)
Nguyên tố
Hợp chất
Fe7S8

ZnS
Khác
Tổng
%

Zn

Fe

S

0.3048138

0.20003
0.4164462

0.3048138
14

0.6164794
28.3147

0.8491242
0.8491242
39

Khác

Tổng


%

0.4068241
0.4068241
18.6853

0.5048472
1.2655704
0.4068241
2.1772416
100

23.187466
58.127237
18.6853
100

Bảng 5: Khối lượng thành phần bụi
2. Tính tốn sản phẩm và khơng khí
a) Tính tốn khối lượng sản phẩm
* Các phản ứng xảy ra:
Phản ứng:

Hiệu suất H (%)

Fe7S8 7FeS  0.5S2

(3)

90%


S2  2O 2 2SO 2

(4)

100%

FeS  1.75O2 0.5Fe 2O3  SO 2

(6)

82%

FeS 1.5O 2 FeO  SO 2

(7)

65%

ZnS 1.5O2 ZnO  SO 2

(8)

100%


ZnS  2O 2 ZnSO 4

(9)


70%

* Tính tốn khối lượng các chất:
+ Khối lượng FeS tạo thành ở phản ứng (3):
7×(m Fe7S8  m Fe7S8 (b))×90%×M FeS 7 (18.931957  0.5048472) 90% 87.92
m FeS 

M Fe7S8
647.51
= 15.763004 (kg)
+ Khối lượng S2 tạo thành ở phản ứng (3):
7×(m Fe7S8  m Fe7S8 (b))×90%×M S 7 (18.931957  0.5048472) 90% 32.07
mS2 

M Fe7S8
647.51
= 0.8213953 (kg)
+ Khối lượng Fe7S8 đã phản ứng:

m Fe7S8 (p/u) m FeS  mS

= 15.763004 + 0.8213953 = 16.584399 (kg)

+ Khối lượng Fe7S8 dư sau phản ứng:

m Fe7S8

(dư )=

(m Fe7S8 -m Fe7S8 (b)) 0.1= (18.931957  0.5048472) 0.1


= 1.84271 (kg)

+ Khối lượng Fe2O3 tạo thành ở phản ứng (6):

0.5 m FeS (3) M Fe2O3 82% 0.5 15.763004 159.70 82%
m Fe2O3 

M FeS
87.92
= 11.739243 (kg)
+ Khối lượng FeS phản ứng trong phản ứng (6):
m FeS m FeS (3) 82% 15.763004 82% 12.925663(kg)
+ Khối lượng FeS dư sau phản ứng (6):
m FeS (dư (6)) = m FeS (3)  m FeS (6) = 15.763004 - 12.925663 = 2.8373407 (kg)
+ Khối lượng FeO tạo thành ở phản ứng (7):


m (du (6)) M FeO 65% 2.8373407 71.85 65%
m FeO (7)  FeS
M FeS
87.92
=
= 1.5071759 (kg)
+ Khối lượng FeS phản ứng ở phản ứng (7):
m FeS (7) m FeS (du (6)) 65% = 2.8373407  65% = 1.8442715 (kg)
+ Khối lượng FeS dư sau phản ứng (7):
m FeS (dư (7)) = m

FeS


(dư(6))  35% =2.8373407  35% = 0.9930693 (kg)

+ Khối lượng ZnO tạo thành ở phản ứng (8):

(m  m ZnS (b)) M ZnO 100% (47.459362  1.2655704) 81.39 100%
m ZnO  ZnS
M ZnS
97.46
=
= 38.576983 (kg)
+ Khối lượng ZnS đã phản ứng trong phản ứng (8):
m ZnS (8) = (m ZnS  m ZnO ) 100% = (47.459362 – 1.2665704) 100%
=46.193792 (kg)
+ Khối lượng ZnS dư sau phản ứng (8):
m ZnS (dư) = m ZnS - m ZnS (b)  m ZnS (pu) = 47.459362 – 1.2655704 – 46.193792
= 0 (kg)
* Tính tốn khối lượng sản phẩm:
- Với FeS:

m FeS (tt) M Fe 0.9930693 55.85

M
87.92
m
FeS
+ Fe =
= 0.63083 (kg)
+ mS = m FeS  m Fe = 0.9930693 – 0.63083 = 0.36224 (kg)
- Với Fe7S8:


+

7 m Fe7S8 (tt) M Fe
m Fe 
M Fe7S8

7 1.842711 55.85
647.51
=
= 1.11258 (kg)


+ mS =

m Fe7S8 - m Fe

= 1.842711 - 1.11258 = 0.73013 (kg)

- Với Fe2O3:
2 m Fe2O3 M Fe
+ m Fe =

M Fe2O3

+ mO =

m Fe2O3  m Fe

11.739243 2 55.85

159.70
=
= 8.21085 (kg)

= 11.739243 - 8.21085 = 3.52839 (kg)

- Với FeO:

m FeO M Fe 1.5071759 55.85
M FeO =
71.85
+ m Fe =
= 1.17155 (kg)
+ mO = m FeO - m Fe = 1.5071759 – 1.17155 = 0.33563 (kg)
- Với ZnS:

m ZnS (du) M Zn 0 65.39
0(kg)
M
97.46
ZnS
+ mZn =
=
+ mS = mZnS – mZn = 0 – 0 = 0(kg)
- Với ZnO:

m ZnO M Zn
38.576983 65.39
M ZnO
81.39

+ m Zn =
=
= 30.9934 (kg)

m - m Zn
+ m O = ZnO
= 38.576983 - 30.9934 = 7.58363 (kg)
- Với ZnSO4:
m ZnSO4 M Zn
+ m Zn =

M ZnSO4
m ZnSO4 M S

+ mS =
+

M ZnSO4

0 65.39
= 161.46 = 0 (kg)
0 32.07
= 161.46 = 0 (kg)

mO m ZnSO4 - m Zn - mS

= 0 – 0 – 0 = 0 (kg)


- Với các chất khác:

m  m (t)  m (b) = 15.256062 – 0.4068241 = 14.8492 (kg)
Nguyên
tố
Fe7S8

1.11258

Fe2O3

8.21085

FeO

1.17155

FeS

0.63083

Fe

Zn

S

O

Tổng

%


1.842711

2.65106

3.52839

11.73924

16.88895

0.33563

1.507176

2.168335

0.36224

0.993069

1.428703

7.58363

0.00
38.57698

0.00
55.49972


0.00

0.00

0.00

14.8492

14.8492

21.36322

14.8492

69.5084

100

21.36322

100

0.73013

ZnS
ZnO

0.00
30.9934


0.00

ZnSO4

0.00

0.00

Khác
Tổng
%

11.12581
9
16.0064

Khác

30.9934

1.092364

44.5893

1.571557

11.44764
7
16.46944


Bảng 6: Khối lượng các chất trong sản phẩm.
b) Tính tốn lượng khơng khí.
+ Lượng O2 dùng để đốt cháy S2 trong phản ứng (3):
2 mS2 M O2
m O2 
MS2

0.8213953 32 2
32.07 2
=
= 0.8196024 (kg)

+ Lượng O2 tham gia phản ứng (6):

1.75 m FeS (6)×M O2
1.75 12.925663 32
m O2 
M FeS
87.92
=
= 8.232906 (kg)
+ Lượng O2 tham gia phản ứng (7):

1.5 m FeS (7) M O 2
1.5 1.8442715 32
m O2 
M FeS
87.92
=

= 1.0068816 (kg)
+ Lượng O2 tham gia phản ứng (8):


1.5 m ZnS (8) M O2

m O2

M ZnS

=

1.5 46.193792 32
97.46
=
= 22.7508928 (kg)

+ Lượng O2 tham gia phản ứng (9):

2 m ZnS M O2 2 0 32
m O2 
0
M ZnS
= 65.39
(kg)
 Tổng lượng O2 tham gia phản ứng:

m

O2


0.8196024  8.232906 1.0068816  22.7508928  0
= 32.81028343 (kg)

 Lượng khơng khí cần để tham gia phản ứng:

m O 100 32.81028343 100
m kk  2
20
20
=
= 164.0514171 (kg)
- Nhưng trong thực tế ta cần dùng lượng O 2 dư để thực hiện hết các phản ứng, giả
sử hệ số khơng khí dư là α = 1.2, ta có:
+

m O2 (tt)

+

m O2

m (lt)
= α  O2
= 1.2 32.81028343 = 39.37234011 (kg)

(dư) =

m O2 (tt)  m O2 (lt)


= 39.37234011 – 32.81028343 = 6.56205668 (kg)

+ m kk (tt) m kk (lt) α = 164.0514171  1.2 = 196.8617006 (kg)
+ m kk (dư) = mkk (tt) – mkk(lt) = 196.8617006 - 164.0514171 = 32.81028343 (kg)
+

m N2

(lt) =

m kk (lt)  mO2 (lt)

+

m N2

m
(dư) = m kk (dư) - O2 (dư) = 32.81028343 – 6.56205668 = 26.2482267 (kg)

Nguyên tố
Lý thuyết
Dư
Tổng (kg)
%

= 164.0514171 – 32.81028343 = 131.2411337 (kg)

O2
32.81028343
6.56205668

39.3723401
20

Bảng 7: Thành phần chất khí phản ứng
c) Tính tốn khí đầu ra:

N2
131.2411337
26.2482267
157.4893605
80

Tổng
164.0514171
32.8102834
196.861071
100


+ Khối lượng khí SO2 tạo thành ở phản ứng (4):
2 mS2 M SO2

mSO2 (4)

MS2

=

2 0.8213953 64.07
32.07 2

=
= 1.6409978 (kg)

+ Khối lượng khí SO2 tạo thành ở phản ứng (6):

mSO2 (6)

m FeS (6) M SO2
M FeS

=

12.925663 64.07
87.92
=
= 9.419327 (kg)

+ Khối lượng khí SO2 tạo thành ở phản ứng (7):

mSO2 (7)

m FeS (7) M SO2
M FeS

=

1.8442715 64.07
87.92
=
= 1.3439772 (kg)


+ Khối lượng khí SO2 tạo thành ở phản ứng (8):

mO2 (8)

m ZnS (8) MSO2
M ZnS

=

46.193792 64.07
97.46
=
= 30.367702 (kg)

 Tổng khối lượng khí SO2 tạo thành ở các phản ứng trên:

m

SO2

mSO2 (4)  mSO2 (6)  mSO2 (7)  mSO2 (8)
= 1.6409977 + 9.149327 + 1.3439772 + 30.367702
= 42.772004 (kg)

+ Khối lượng S trong SO2:
mSO M S
mS  2
MSO2


42.772004 32.07
64.07
=
= 21.409368 (kg)

+ Khối lượng O trong SO2:
mO =

mSO2 - mS

= 42.772004 – 21.409368 = 21.362637 (kg)

* Tính tốn khối lượng hơi nước:

m H 2O m H 2O

(nguyên liệu thô ) = 9.0710233 (kg)

d) Tính tốn thể tích chất khí phản ứng:


* Thành phần thể tích:
- Ở điều kiện thường:
V0 22.4(l/mol) =

22.4 3
(m /mol)
1000

m k 1000 22.4

n 22.4

M
1000
k
- Với n (mol) khí thì: Vkhí = 1000 =
mk
22.4(m3 )
 Vkhí = M k
Áp dụng để tính thể tích các chất khí:
+ Thể tích khí O2 (lý thuyết):
m O (lt)
32.8102834
VO2 (lt)  2 22.4 
22.4
M O2
32

= 22.9671984 (m3)

+ Thể tích khí N2 (lý thuyết):
m N (lt)
131.2411337
VN 2 (lt)  2 22.4 
22.4
M N2
28

= 104.992907 (m3)


+ Thể tích khơng khí (lý thuyết):
Vkhơng khí (lt) =

VO2 (lt)  VN 2 (lt)

= 22.9671984 + 104.992907 = 127.960105 (kg)

+ Thể tích khí O2 (dư):
m O2 (du)

VO2

(dư) =

M O2

22.4

6.56205669
22.4
32
=
= 4.59343968 (m3)

+ Thể tích khí N2 (dư):
m N2 (du)

VN2

(dư) =


M N2

22.4

+ Thể tích khơng khí (dư):

26.24822674
22.4
28
=
= 20.9985814 (m3)


Vkhơng khí (dư) =
(m3)

VO2

(dư) +

Khí
Hợp chất
Lý thuyết
Dư
Tổng
%

VN2


(dư ) = 4.59343968 + 20.9985814 = 25.5920211

O2

N2

m3

22.9671984
4.59343968
27.5606381
17.9487179

104.992907
20.9985814
125.9914884
82.05128205

127.960105
25.5920211
153.5522126
100

Bảng 8: Thành phần thể tích các chất khí phản ứng.
e) Tính tốn thể tích khí đầu ra:
+ Thể tích khí SO2:
mSO2

VSO2


=

42.772004
22.4 
22.4
MSO2
64.07

= 14.9538457 (m3)

+ Thể tích khí H2O:
m H 2O

VH2O

=

9.0710233
22.4 
22.4
M H 2O
18

= 11.2883845 (m3)

+ Thể tích khí O2:
mO
VO2  2 22.4
M O2


6.5620567
22.4
32
=
= 4.59343968 (m3)

+ Thể tích khí N2:
mN
157.48936
VN 2  2 22.4 
22.4
M N2
28

= 125.991488 (m3)

 Tổng thể tích các khí:

V

k

=

VSO2  VH2O  VO2 + VN2

= 14.9538457 + 11.2883845 + 4.59343968 + 125.991488
= 156.827158 (m3)



Thành
phần
Comp.
SO2
O2
N2

SO2

O2

N2

H2O

Tổng (m3)

%
9.5352399
2.9289823
80.3378

11.288384
5
11.288384
5
7.1979781

14.953846
4.5934397

125.99149
11.288384
5
156.82715
8
100

14.953846
4.5934397
125.99149

H2O
Tổng (m3)

14.953846

4.5934397

125.99149

%

9.5352399

2.9289823

80.3378

7.1979781
100


Bảng 9: Thành phần thể tích của khí đầu ra.
3. Tính tốn mức độ khử và hiệu suất các phản ứng (6), (7).
a) Tính tốn mức độ khử của S:
Khối lượng S bị đốt cháy:
mS = m (nguyên liệu thô) – m ( chưa phản ứng ) – m ( bụi)
S
S
S
= 23.118212 – 0.6164794 – 1.0923645 = 21.4093676 (kg)

mS (c)
100% 21.4093676 100%
 D (%) = mS (q)
= 23.118212
= 92.60823%
b) Tính tốn hiệu suất các phản ứng (6), (7):

Cho K = 1 ở ĐKCB, ta có:

m FeS PO1.75
m0.5
Fe 2O3 PSO2
2

suất khí một phần được tính theo định luật Dalton ở

m 2FeS PO3.52
m Fe2O3 
2

PSO
2

và
 P 1atm

- %(O2) = 17.94871795 %
-

PO2

%(O 2 )
17.94871795
Pt 
1
100
= 100
= 0.17948717 (atm)

VSO2

14.953846
100% 
100%
V
156.82716
- % (SO2) (thoát ra ) = Σ
= 9.53523988 %

, áp



%(SO 2 )
9.53523988
PSO2 
Pt 
1
100
100
= 0.09535239 (atm)
- Khối lượng Fe2O3:

m 2FeS PO3.52 15.763004 2 0.179487173.5
m Fe2O3 

PO22
0.095352392

= 66.9470955 (kg)

- Khối lượng FeO:

m FeS PO1.52
PSO2

mFeO =

2.8373407 0.179487171.5

0.09535239


= 2.26271584 (kg)

4. Hiệu quả quá trình luyện kim.

m(Me)d
EFM = m Me (MP)

100% 

m ZnO  m ZnSO4

m

Zn

30.993352  0
100% 
100%
31.842476
= 97.33336%.

III. Cân bằng năng lượng.
Hợp chất
Fe7S8
FeS
Fe2O3
FeO
ZnS
ZnO

ZnSO4
SO2
S2
O2

a
Cal/mol.K
10.970
12.050
5.900
12.620
12.810
11.400

b
0.013
0.039
0.004
0.001
0.001
0.001

7.700
8.580
8.270

0.005
0
0


H 0298

ΔSS0298

kJ/mol
-661.000
-94.764
-826.687
-272.434
-192.908
-349.278
-983.393
-297.239
128.600
0.000

J/mol.K
60.290
60.320
87.400
57.490
57.700
43.650
119.834
119.834
228.167
205.152

Bảng 10: Các thông số nhiệt động của các chất ( a, b: cal/mol.K)
Mà ta có: 1 cal = 4.18 J

 Ta có bảng sau:


Chất
Fe7S8 (s)
FeS (s)
Fe2O3 (s)
FeO (s)
SO2 (g)
O2 (g)
S2 (g)
ZnO (s)
ZnSO4 (s)
ZnS (s)

Cp ( J/ mol.K)
a
45.8546
50.369
24.662
52.7516
32.186
34.5686
35.8644
47.562
91.542
53.5458

ΔSH 0298 (kJ/


b
0.05434
0.16302
0.01672
0.00418
0.0209
0
0
0.00418
0.076076
0.00418

mol)

ΔSS0298 (J/mol.K)

-661.000
-94.764
-826.687
-272.434
-297.239
0
128.600
-349.278
-983.393
-192.908

60.290
60.320
87.400

57.490
119.834
205.152
228.167
43.650
119.834
57.700

Bảng 11: Các thông số nhiệt động của các chất (a, b: J/mol.K)
1. Tính tốn các thơng số nhiệt động của các phản ứng.
a) Các phản ứng hóa học:
Phản ứng:

Hiệu suất

Fe7S8 7FeS  0.5S2

(3)

90%

S2  2O2 2SO 2

(4)

100%

FeS + 1.75O2 = 0.5Fe2O3 + SO2 (6)

82%


FeS + 1.5O2 = FeO + SO2

(7)

65%

ZnS + 1.5O2 = ZnO + SO2

(8)

100%

ZnS + 2O2 = ZnSO4

(9)

70%

b) Tính tốn các thơng số nhiệt động:
0
* Tính ΔSH :

+ Phản ứng (3):

ΔSH 0 (3) = 7 ΔSH 0 (FeS)  0.5 ΔSH 0 (S2 )  ΔSH 0 (Fe 7S8 )
= 7 ( 94.764)  0.5 128.600  ( 661.000) = 61.952 (kJ/mol)
+ Phản ứng (4):



ΔSH 0 (4) = 2 ΔSH 0 (SO 2 )  2 ΔSH 0 (O 2 )  2 ΔSH 0 (S2 )
= 2 ( 297.239)  2 0  2 128.600 = - 723.078 (kJ/mol)
+Phản ứng (6):

ΔSH 0 (6) = 0.5 ΔSH 0 (Fe2O3 )  ΔSH 0 (SO 2 )  1.75 ΔSH 0 (O 2 )  ΔSH 0 (FeS)
= 0.5 ( 826.687)  (  297.239)  1.75 0  ( 94.764) = -615.8185
(kJ/mol)
+ Phản ứng (7):

ΔSH 0 (7) = ΔSH 0 (FeO) +ΔSH 0 (SO 2 )  1.5 ΔSH 0 (O 2 )  ΔSH 0 (FeS)
=  272.434  ( 297.239)  1.5 0  (  94.764) = - 474.909 (kJ/mol)
+ Phản ứng (8):

ΔSH 0 (8) = ΔSH 0 (ZnO)  ΔSH 0 (SO 2 )  ΔSH 0 (ZnS)  1.5 ΔSH 0 (O 2 )
=  349.278  (  297.239)  (  192.908)  1.5 0 = - 453.609 (kJ/mol)

+ Phản ứng (9):

ΔSH 0 (9) ΔSH 0 (ZnSO 4 )  2 ΔSH 0 (O 2 )  ΔSH 0 (ZnS)
=  983.393  2 0  (  192.908) = - 790.485 (kJ/mol)
0
* Tính ΔSS

+ Phản ứng (3):

ΔSS0 (3) = 7 ΔSS0 (FeS)  0.5 ΔSS0 (S2 )  ΔSS0 (Fe 7S8 )
= 7 60.320  0.5 228.167  60.290 = 476.0335 ( J/mol.K)
+ Phản ứng (4):

ΔSS0 (4) 2 ΔSS0 (SO 2 )  ΔSS0 (S2 )  2 ΔSS0 (O 2 )



= 2 119.834  2 205.152  228.167 = -398.803 (J/mol.K)
+ Phản ứng (6):

ΔSS0 (6) 0.5×ΔSS0 (Fe 2O3 ) + ΔSS0 (SO 2 )  1.75 ΔSS0 (O 2 )  ΔSS0 (FeS)
= 0.5 87.400  119.834  1.75 205.152  60.320 = -255.802 (J/mol.K)
+ Phản ứng (7):

ΔSS0 (7) ΔSS0 (FeO) +ΔSS0 (SO 2 )  1.5 ΔSS0 (O 2 )  ΔSS0 (FeS)
= 57.490 119.834  1.5 205.152  60.320 = - 190.724 (J/mol.K)
+ Phản ứng (8):

ΔSS0 (8) = ΔSS0 (ZnO) + ΔSS0 (SO 2 )  1.5 ΔSS0 (O 2 )  ΔSS0 (ZnS)
= 43.650  119.834  1.5 205.152  57.700 = - 201.944 (J/mol.K)
+ Phản ứng (9):

ΔSS0 (9) = ΔSS0 (ZnSO 4 )  2 ΔSS0 (O 2 )  ΔSS0 (ZnS)
= 119.834  2 205.152  57.700 = -348.17 (J/mol.K)
0
* Tính ΔSG ở nhiệt độ t = 920oC  T = 920 + 273 = 1193 K

+ Phản ứng (3)

ΔSG 0 (3) = ΔSH 0 (3)  T×ΔSS0 (3)
= 61.952  1193 0.4760335 = -505.956 (kJ)
+ Phản ứng (4):

ΔSG 0 (4) ΔSH 0 (4)  T ΔSS0 (4)
=  723.078  1193 ( 0.398803) = -247.306 (kJ)

+ Phản ứng (6):

ΔSG 0 (6) ΔSH 0 (6)  T ΔSS0 (6)