Hiện nay người ta sản xuất ammonia không từ N2 và H2 tinh khiết mà tiến hành từ sự chuyển hóa

Câu hỏi số 853962:

Vận dụng

Hiện nay người ta sản xuất ammonia không từ N₂ và H₂ tinh khiết mà tiến hành từ sự chuyển hóa có xúc tác một hỗn hợp gồm không khí (chứa 21,03% O₂, 78,02% N₂; còn lại là khí hiếm), hơi nước và khí thiên nhiên (có thành phần chính là khí methane).

Phản ứng điều chế H₂: CH₄(g) + 2H₂O(g) $\xrightarrow{{}}$ CO₂(g) + 4H₂(g) (1)

Phản ứng khử O₂ để thu N₂ trong không khí: CH₄(g) + 2O₂(g)$\xrightarrow{{}}$ CO₂(g) + 2H₂O(g) (2)

Phản ứng tổng hợp NH₃: N₂(g) + 3H₂(g)$\overset{}{\rightleftarrows}$ 2NH₃(g) (3)

Xét các phản ứng ở điều kiện chuẩn và hiệu suất chuyển hóa của các phản ứng (1) và (2) là 100%.

Tổng khối lượng khí methane và hơi nước cần dùng để tạo đủ lượng N₂ và H₂ (theo tỉ lệ 1 : 3 về thể tích dùng cho phản ứng tổng hợp NH₃, hiệu suất tổng hợp H = 30%) để sản xuất 7,65 tấn khí NH₃ là m tấn. Giá trị của m bằng bao nhiêu?

Trả lời:

Đáp án đúng là:

Quảng cáo

Xem lời giải

Câu hỏi:853962

Phương pháp giải

N₂(g) + 3H₂(g)$\overset{}{\rightleftarrows}$ 2NH₃(g) (3)

để sản xuất 7,65 tấn khí NH₃ ⟹ Lượng N₂, H₂ cần sử dụng

CH₄(g) + 2H₂O(g) $\xrightarrow{{}}$ CO₂(g) + 4H₂(g) (1)

⟹ $\left\{ \begin{array}{l} m_{CH_{4}(1)} \\ m_{H_{2}O(1)} \end{array} \right.$

Lượng N₂ ⟹ Thể tích không khí cần sử dụng ⟹ Thể tích khí O₂ cần khử

CH₄(g) + 2O₂(g)$\xrightarrow{{}}$ CO₂(g) + 2H₂O(g) (2)

⟹ $\left. \left\{ \begin{array}{l} m_{CH_{4}(2)} \\ m_{H_{2}O(2)} \end{array} \right.\Rightarrow\left\{ \begin{array}{l} {\sum{n_{CH_{4}} = m_{CH_{4}(1)} + m_{CH_{4}(2)}}} \\ {\sum{m_{H_{2}O} = m_{H_{2}O(1)} - m_{H_{2}O(2)}}} \end{array} \right. \right.$

Lưu ý: Nước được sinh ra trong phản ứng 2, và cần sử dụng trong phản ứng 1

Giải chi tiết

N₂(g) + 3H₂(g)$\overset{}{\rightleftarrows}$ 2NH₃(g) (3)

Để sản xuất 7,65 tấn khí NH₃ ⟹ $\left. n_{NH_{3}} = \dfrac{7,65.10^{3}}{17} = 450(kmol)\Rightarrow\left\{ \begin{array}{l} {n_{N_{2}} = \dfrac{1}{2}.n_{NH_{3}} = 225} \\ {n_{H_{2}} = \dfrac{3}{2}.n_{NH_{3}} = 675} \end{array} \right.(kmol) \right.$

CH₄(g) + 2H₂O(g) $\xrightarrow{{}}$ CO₂(g) + 4H₂(g) (1)

Theo phản ứng (1): $\left\{ \begin{array}{l} {n_{CH_{4}(1)} = \dfrac{1}{4}.n_{H_{2}} = 168,75} \\ {n_{H_{2}O(1)} = \dfrac{1}{2}.n_{H_{2}} = 337,5} \end{array} \right.(kmol)$

$n_{O_{2}} = \dfrac{21,03\%}{78,02\%}.n_{N_{2}} = 60,65(kmol)$

CH₄(g) + 2O₂(g)$\xrightarrow{{}}$ CO₂(g) + 2H₂O(g) (2)

⟹ $\left. \left\{ \begin{array}{l} {n_{CH_{4}(2)} = \dfrac{1}{2}.n_{O_{2}} = 30,325} \\ {n_{H_{2}O(2)} = n_{O_{2}} = 60,65} \end{array} \right.(kmol)\Rightarrow\left\{ \begin{array}{l} {\sum{n_{CH_{4}} = n_{CH_{4}(1)} + n_{CH_{4}(2)} = 199,075}} \\ {\sum{m_{H_{2}O} = m_{H_{2}O(1)} - m_{H_{2}O(2)} = 276,85}} \end{array} \right.(kmol) \right.$

$m_{CH_{4}} + m_{H_{2}O} = \dfrac{199,075.16 + 276,85.18}{30\%}.10^{- 3} = 27,2$ (tấn)

Đáp án cần điền là: 27,2

Group 2K8 ôn Thi ĐGNL & ĐGTD Miễn Phí

Câu hỏi trước Câu tiếp theo

>> 2K9 Chú ý! Lộ Trình Sun 2027 - 1 lộ trình ôn đa kỳ thi (TN THPT, ĐGNL (Hà Nội/ Hồ Chí Minh), ĐGNL Sư Phạm, ĐGTD, ĐGNL Bộ Công an, ĐGNL Bộ Quốc phòngTD - Click xem ngay) tại Tuyensinh247.com. Cập nhật bám sát bộ SGK mới, Thầy Cô giáo giỏi, 3 bước chi tiết: Nền tảng lớp 12; Luyện thi chuyên sâu; Luyện đề đủ dạng đáp ứng mọi kì thi.