Ammonia có nhiều ứng dụng quan trọng như sản xuất phân đạm, nitric acid, làm dung môi. Hiện nay người ta sản xuất ammonia bằng cách chuyển hoá
28/28
Ammonia có nhiều ứng dụng quan trọng như sản xuất phân đạm, nitric acid, làm dung môi. Hiện nay người ta sản xuất ammonia bằng cách chuyển hoá có xúc tác một hỗn hợp gồm không khí, hơi nước và khí methane (thành phần chính của khí thiên nhiên) theo quy trình Haber.
Phản ứng (1) là phản ứng thu nhiệt mạnh. Lượng nhiệt này được cung cấp từ quá trình đốt cháy hoàn toàn khí methane theo phương trình hóa học (2). Xét các phản ứng ở điều kiện chuẩn và hiệu suất chuyển hóa của methane là \(100\% \). Biết \(80\% \) lương nhiệt tỏa ra từ phản ứng (2) được cung cấp cho phản ứng (1) và các giá trị nhiệt tạo thành \(\left( {{\Delta _f}{\rm{H}}_{298}^0} \right)\) của các chất ở điều kiện chuẩn được cho trong bảng sau:
Chất | \({\rm{C}}{{\rm{H}}_4}\left( {{\rm{\;g}}} \right)\) | \({\rm{C}}{{\rm{O}}_2}\left( {{\rm{\;g}}} \right)\) | \({{\rm{H}}_2}{\rm{O}}\left( {\rm{g}} \right)\) |
\(\left( {{\rm{\Delta f}}{{\rm{H}}_{298}}{\;^0}\left( {{\rm{\;kJ\;mo}}{{\rm{l}}^{ - 1}}} \right)} \right.\) | \( - 74,6\) | \( - 393,5\) | \( - 241,8\) |
Để sản xuất được 0,36 tấn khí hydrogen trong giai đoạn trên cần dùng m tấn khí methane. Giá trị của m là?
(Không làm tròn kết quả các phép tính trung gian, chỉ làm tròn kết quả cuối cùng đến hàng phần mười)
Đáp án: 0,9
Ta có: \(\left\{ \begin{array}{l}{\Delta _{\rm{f}}}{\rm{H}}_{298}^0(1) = 164,7{\rm{kJ}}\\{\Delta _{\rm{f}}}{\rm{H}}_{298}^0(2) = - 802,5\,\,{\rm{kJ }}\end{array} \right.\)
\({\rm{X\'e t }}(1)\,\,\,\,{{\rm{n}}_{{{\rm{H}}_2}}} = 0,{18.10^6} \Rightarrow {{\rm{n}}_{{\rm{C}}{{\rm{H}}_4}}}(1) = 0,{045.10^6}\,mol\)
Lượng nhiệt cần dùng cho phản ứng (1) là \(0,045.164,{7.10^6} = 7,{4115.10^6}\;{\rm{kJ}}\)
Xét (2): \({{\rm{n}}_{{\rm{C}}{{\rm{H}}_4}}} = {\rm{x}}\) (Mol)
Lượng nhiệt tạo ra ở phản ứng (2) là 802,5x
Lượng nhiệt tạo ra ở phản ứng (2) cung cấp cho phản ứng (1) là 802,5x.80/100
\( \Rightarrow 7,{4115.10^6} = 802,5x \cdot \frac{{80}}{{100}} \Rightarrow x = 0,{01154.10^6}\)
Vậy\(m = 16.0,{0565.10^6} = 0,905\) tấn