Một nhà máy sản xuất ammonia theo phương pháp Haber – Bosch. Để thu được nitrogen (N2) và hydrogen (H2) từ methane, không khí và nước, các giai đoạn chính được thực hiện như sau: - Giai đoạn

27/29

Một nhà máy sản xuất ammonia theo phương pháp Haber – Bosch. Để thu được nitrogen (N₂) và hydrogen (H₂) từ methane, không khí và nước, các giai đoạn chính được thực hiện như sau:

- Giai đoạn 1: Cho hỗn hợp gồm khí methane và hơi nước với tỉ lệ mol tương ứng là 1 : 3 qua tháp phản ứng chứa xúc tác ở 900 ^oC, xảy ra phản ứng sau: CH₄(g) + H₂O(g) $\overset{x t, 900^{o} C}{⇌}$ CO(g) + 3H₂(g)

Hiệu suất chuyển hóa CH₄ ở giai đoạn này là h%.

- Giai đoạn 2: Hỗn hợp thu được sau giai đoạn 1 được trộn với không khí (chứa 80% N₂ và 20% O₂ theo thể tích) để oxi hóa hết methane theo phản ứng: 2CH₄(g) + O₂(g) $\overset{x t, t^{o}}{\to}$ 2CO(g) + 4H₂(g)

- Giai đoạn 3: Trộn hỗn hợp thu được sau giai đoạn 2 với hơi nước dư để oxi hóa hết CO thành CO₂ theo phản ứng: CO(g) + H₂O(g) $\overset{t^{o}}{\to}$ CO₂(g) + H₂(g)

- Giai đoạn 4: Dẫn hỗn hợp thu được sau giai đoạn 3 vào tháp hấp thụ để tách CO₂ và hơi nước. Hỗn hợp khí còn lại chỉ gồm N₂ và H₂ với tỉ lệ mol tương ứng là 1 : 3 được sử dụng để tổng hợp ammonia.

Coi các phản ứng khác trong các giai đoạn từ 1 đến 4 xảy ra không đáng kể. Xác định giá trị của h (không làm tròn kết quả các phép tính trung gian, chỉ làm tròn kết quả cuối cùng tới hàng phần mười).

Nhập câu trả lời ở đây

Giải thích

Đáp án: 42,9.

Giả sử ban đầu có 1 mol CH₄ và 3 mol hơi H₂O.

(1) CH₄(g) + H₂O(g) $\overset{x t, 900^{o} C}{⇌}$ CO(g) + 3H₂(g)

Bđ: 1 3 mol

Pư: h h h 3h mol

Sau pư: 1 – h 3 – h h 3h mol

(2) 2CH₄(g) + O₂(g) $\overset{x t, t^{o}}{\to}$ 2CO(g) + 4H₂(g)

1 – h → $\frac{1 - h}{2}$ → 1 – h 2(1 - h) mol (pư hoàn toàn)

$n_{N_{2}} = 4 n_{O_{2}} = 2 (1 - h) m o l$ ; n_CO = h + 1 – h = 1 mol.

(3) CO(g) + H₂O(g) $\overset{t^{o}}{\to}$ CO₂(g) + H₂(g) (pư hoàn toàn)

1 → 1 mol

(4) Sau khi loại bỏ CO₂, H₂O thì còn $n_{N_{2}} = 2 (1 - h) m o l$ và $n_{H_{2}} =$ 3h + 2(1 - h) + 1 = 3 + h (mol).

Theo đề bài: $\frac{n_{N_{2}}}{n_{H_{2}}} = \frac{2 (1 - h)}{3 + h} = \frac{1}{3} \Rightarrow h \approx 0, 42857 \approx 42, 857 % \approx 42, 9 % .$