Ammonia có nhiều ứng dụng quan trọng như sản xuất phân đạm, nitric acid, làm dung

Câu hỏi số 856128:

Vận dụng

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 điều chế H₂: $C{{H}_{4}}(g)+2{{H}_{2}}O(g)\xrightarrow{xt,{{t}^{o}}}C{{O}_{2}}(g)+4{{H}_{2}}(g)$ (1)

Phản ứng loại O₂ để thu N₂: $C{{H}_{4}}(g)+2{{O}_{2}}(g)\xrightarrow{{{t}^{o}}}C{{O}_{2}}(g)+2{{H}_{2}}O(g)$ (2)

Phản ứng tổng hợp NH₃: $N_{2}(g) + 3H_{2}(g)\overset{xt,t^{o},p}{\rightleftharpoons}2NH_{3}$$\bigtriangleup_{r}H_{298}^{0} = - 92(kJ).$

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% lượng nhiệt tỏa ra từ phản ứng (2) được cung cấp cho phản ứng (1) và các giá trị nhiệt tạo thành ($\bigtriangleup_{f}H_{298}^{0}$) của các chất ở điều kiện chuẩn được cho ở bảng sau:

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).

Trả lời:

Đáp án đúng là:

Quảng cáo

Xem lời giải

Câu hỏi:856128

Phương pháp giải

Tính nhiệt phản ứng (1) bằng nhiệt tạo thành ⟹ Xác định nhiệt thu để tạo H₂:

$\bigtriangleup_{r}H_{298}^{0} = {\sum{\bigtriangleup H_{f}^{0}}}(sp) - {\sum{\bigtriangleup H_{f}^{0}(cd)}}$$= \lbrack 4 \bigtriangleup H_{f}^{0}(H_{2}) + \bigtriangleup H_{f}^{0}(CO_{2})\rbrack - \lbrack \bigtriangleup H_{f}^{0}(CH_{4}) + 2. \bigtriangleup H_{f}^{0}(H_{2}O)\rbrack.$

Tính nhiệt phản ứng (2)⟹ Xác định nhiệt tỏa khi đốt CH₄:

$\bigtriangleup_{r}H_{298}^{0} = {\sum{\bigtriangleup H_{f}^{0}}}(sp) - {\sum{\bigtriangleup H_{f}^{0}(cd)}}$$= \lbrack 2 \bigtriangleup H_{f}^{0}(H_{2}O) + \bigtriangleup H_{f}^{0}(CO_{2})\rbrack - \lbrack \bigtriangleup H_{f}^{0}(CH_{4}) + 2. \bigtriangleup H_{f}^{0}(O_{2})\rbrack.$

Lấy 80% nhiệt tỏa (2) dùng để bù cho nhiệt thu (1) ⟹ suy ra lượng CH₄ bị đốt.

Từ phương trình (1): CH₄→ 4H₂ ⟹ tính lượng CH₄ tạo ra 0,36 tấn H₂.

Giải chi tiết

Nhiệt phản ứng (1):

$\begin{array}{l} {\Delta_{r}H_{298}^{o} = \lbrack 4\Delta H_{f}^{o}(H_{2}) + \Delta H_{f}^{o}(CO_{2})\rbrack - \lbrack\Delta H_{f}^{o}(CH_{4}) + 2.\Delta H_{f}^{o}(H_{2}O)\rbrack} \\ {\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\, = \lbrack 4.0 + ( - 393,5)\rbrack - \lbrack - 74,6 + 2( - 241,8)\rbrack = 164,7(kJ)} \end{array}$

Nhiệt phản ứng (2):

$\begin{array}{l} {\Delta_{r}H_{298}^{o} = \lbrack 2\Delta H_{f}^{o}(H_{2}O) + \Delta H_{f}^{o}(CO_{2})\rbrack - \lbrack\Delta H_{f}^{o}(CH_{4}) + 2.\Delta H_{f}^{o}(O_{2})\rbrack} \\ {\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\, = \lbrack 2.( - 241,8) + ( - 393,5)\rbrack - \lbrack - 74,6 + 2.0\rbrack = - 802,5(kJ).} \end{array}$

$n_{H_{2}} = \dfrac{0,36}{2} = 0,18$(tấn mol)$\left. \Rightarrow n_{CH_{4}} = \dfrac{0,18}{4} = 0,045 \right.$(tấn mol).

Đặt số mol CH₄ ở phản ứng (2) là$n_{CH_{4(2)}} = z$(tấn mol).

Bảo toàn năng lượng: $\left. 0,045.164,7 = (z.802,5.80\%)\Rightarrow z \approx 0,012 \right.$(tấn mol).

${\sum m_{CH_{4}}} = 16(0,045 + z) \approx 0,9$(tấn).

Vậy m $\approx 0,9$(tấn).

Đáp án cần điền là: 0,9

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.