Một nhà máy sản xuất urea sử dụng quy trình Haber-Bosch: $\text{N}_{2}(g) +

Câu hỏi số 795128:

Vận dụng

Một nhà máy sản xuất urea sử dụng quy trình Haber-Bosch: $\text{N}_{2}(g) + 3\text{H}_{2}(g)\overset{\text{t}^{o}}{\rightarrow}2\text{NH}_{3}(g)$ để sản xuất ammonia. Giai đoạn sản xuất khí hydrogen bằng phản ứng của khí methane (CH₄) và hơi nước (H₂O) được thực hiện theo phương trình hoá học (1) như sau:

$\left. \text{CH}_{4}\text{(g)} + \text{H}_{2}\text{O}(g)\rightarrow\text{CO}(g) + 3\text{H}_{2}(g) \right.$ (1)

Phương trình (1) là phản ứng thu nhiệt mạnh. Lượng nhiệt này được cung cấp từ quá trình đốt cháy khí methane theo phương tình hoá học (2):

$\text{CH}_{4}(g) + 2\text{O}_{2}(g)\overset{\text{t}^{o}}{\rightarrow}\text{CO}_{2}(g) + 2\text{H}_{2}\text{O}(g)$ (2)

Xét các phản ứng ở điều kiện chuẩn và hiệu suất chuyển hóa của methane ờ phản úng (1) là 95%. Tính khối lượng khí methane (theo tấn, làm tròn tới hàng phần mười) cần thiết để sản xuất 3,40 tấn NH₃(g) trong giai đoạn trên. Biết 80% lượng nhiệt tỏa ra từ phản ứng (2) được cung cấp cho phản ứng (1) và các giá trị nhiệt tạo thành ($\Delta_{\text{f}}\text{H}_{298}^{o}$) của các chất ở điều kiện chuẩn được cho trong bảng sau:

Trả lời:

Đáp án đúng là:

Quảng cáo

Xem lời giải

Câu hỏi:795128

Phương pháp giải

$\Delta_{\text{r}}\text{H}_{298}^{o} = {\sum{\Delta_{\text{f}}\text{H}_{298}^{o}}}\text{(sp)} - {\sum{\Delta_{\text{f}}\text{H}_{298}^{o}}}\text{(cd)}$

Theo PTHH: $\text{n}_{\text{H}_{2}} = \dfrac{3}{2}\text{n}_{\text{NH}_{3}}$

Theo PTHH (1): $\text{n}_{\text{CH}_{4}(1)} = \dfrac{1}{3}\text{n}_{\text{H}_{2}}$

H_{chuyển hóa của methane}= 95% $\rightarrow$ $\text{n}_{\text{CH}_{4}\text{(tt)}}$= $\text{n}_{\text{CH}_{4}(1)}$.H

Lượng nhiệt cần là: Q₁ = $\text{n}_{\text{CH}_{4}\text{(tt)}}$. $\left| {\Delta_{\text{r}}\text{H}_{298}^{o}(1)} \right|$

80% lượng nhiệt tỏa ra từ phản ứng (2) được cung cấp cho phản ứng (1) nên Q₁ = 80%Q₂

⟶ Q₂ = $\text{n}_{\text{CH}_{4}(2)}$.$\left| {\Delta_{\text{r}}\text{H}_{298}^{o}(2)} \right|$ $\rightarrow$ $\text{n}_{\text{CH}_{4}(2)}$

Lượng methane cần = ($\text{n}_{\text{CH}_{4}\text{(tt)}}$+$\text{n}_{\text{CH}_{4}(2)}$).16

Giải chi tiết

$\Delta_{\text{r}}\text{H}_{298}^{o}(1)$ = $\Delta_{\text{f}}\text{H}_{298}^{o}$(CO(g)) - $\Delta_{\text{f}}\text{H}_{298}^{o}$(CH₄(g)) - $\Delta_{\text{f}}\text{H}_{298}^{o}$(H₂O(g)) = -110,5 – (-74,6) – (-241,8) = 205,9 (kJ)

$\Delta_{\text{r}}\text{H}_{298}^{o}(1)$ = $\Delta_{\text{f}}\text{H}_{298}^{o}$(CO₂(g)) + 2.$\Delta_{\text{f}}\text{H}_{298}^{o}$(H₂O(g)) - $\Delta_{\text{f}}\text{H}_{298}^{o}$(CH₄(g)) = (-393,5) + 2.(-241,8) – (-74,6) = -802,5 (kJ)

$\text{n}_{\text{NH}_{3}} =$ 0,2 (Mmol)

Theo PTHH: $\text{n}_{\text{H}_{2}} = \dfrac{3}{2}\text{n}_{\text{NH}_{3}}$= 0,3 (Mmol)

Theo PTHH (1): $\text{n}_{\text{CH}_{4}(1)} = \dfrac{1}{3}\text{n}_{\text{H}_{2}}$= 0,1 (Mmol)

H_{chuyển hóa của methane}= 95% $\rightarrow$ $\text{n}_{\text{CH}_{4}\text{(tt)}}$= $\text{n}_{\text{CH}_{4}(1)}$.H = 0,1.95% = 0,095 (Mmol)

Lượng nhiệt cần là: Q₁ = $\text{n}_{\text{CH}_{4}\text{(tt)}}$. $\left| {\Delta_{\text{r}}\text{H}_{298}^{o}(1)} \right|$ = 0,095.10⁶.205,9 = 19,5605.10⁶ (kI)

80% lượng nhiệt tỏa ra từ phản ứng (2) được cung cấp cho phản ứng (1) nên Q₁ = 80%Q₂

⟶ Q₂ = 24,450.10⁶ (kJ) = $\text{n}_{\text{CH}_{4}(2)}$.$\left| {\Delta_{\text{r}}\text{H}_{298}^{o}(2)} \right|$ = $\text{n}_{\text{CH}_{4}(2)}$.802,5

⟶ $\text{n}_{\text{CH}_{4}(2)}$ = 0,03.10⁶(mol) = 0,03 (Mmol)

Lượng methane cần = ($\text{n}_{\text{CH}_{4}\text{(tt)}}$+$\text{n}_{\text{CH}_{4}(2)}$).16 = 2,08 (tấn)

Đáp án cần điền là: 2,08

Group 2K8 ôn Thi ĐGNL & ĐGTD Miễn Phí

Câu hỏi trước Câu tiếp theo

>> 2K8 Chú ý! Lộ Trình Sun 2026 - 3IN1 - 1 lộ trình ôn 3 kì thi (Luyện thi 26+ TN THPT, 90+ ĐGNL HN, 900+ ĐGNL HCM, 70+ ĐGTD - Click xem ngay) tại Tuyensinh247.com.Đầy đủ theo 3 đầu sách, Thầy Cô giáo giỏi, luyện thi theo 3 giai đoạn: Nền tảng lớp 12, Luyện thi chuyên sâu, Luyện đề đủ dạng đáp ứng mọi kì thi.