Trong quy trình Ostwald để sản xuất nitric acid, khí ammonia (NH3) được oxy hóa để tạo ra khí NO

Câu hỏi số 952904:

Vận dụng

Trong quy trình Ostwald để sản xuất nitric acid, khí ammonia (NH₃) được oxy hóa để tạo ra khí NO theo phản ứng (1):

$4N{{H}_{3}}+5{{O}_{2}}\xrightarrow[Pt]{500-{{900}^{o}}C}4NO+6{{H}_{2}}O\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,(1)$

Phản ứng này là phản ứng tỏa nhiệt mạnh, nhiệt lượng tỏa ra một phần được sử dụng để duy trì nhiệt độ cao cho giai đoạn tiếp theo của quy trình sản xuất. Tuy nhiên để khơi mào cho phản ứng này, nhà máy đã sử dụng nguồn nhiệt từ quá trình oxy hoá không hoàn toàn khí methane (CH₄) để gia nhiệt hỗn hợp khí NH₃ và O₂ từ 30°C lên 800°C. Lượng nhiệt này được xác định thông qua phương trình:

$Q = m \times C \times (t_{2} - t_{1})$

Trong đó: m là khối lượng của hỗn hợp NH₃ và O₂ phản ứng, (g); C là nhiệt dung riêng của hỗn hợp khí và có giá trị 1,49 J/(g.K); t₁, t₂ là nhiệt độ ban đầu và lúc sau của hỗn hợp, (°K). Biết phản ứng oxy hoá không hoàn toàn xảy ra như sau:

$2C{{H}_{4}}+3{{O}_{2}}\xrightarrow{{}}2CO+4{{H}_{2}}O\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,(2)$

Hiệu suất của phản ứng (1) là 92% và của phản ứng (2) là 85%. Các giá trị nhiệt tạo thành $\Delta_{f}H_{298}^{o}$ của các chất ở điều kiện chuẩn được cho trong bảng sau:

Chất	CH₄	CO	H₂O
$\Delta_{f}H_{298}^{o}(kJ/mol)$	-74,8	-110,5	-241,8

Để sản xuất được 3 tấn khí NO cần x tấn khí methane cho giai đoạn khơi mào của quy trình trên. Giá trị của x là bao nhiêu? (Kết quả các phép tính trung gian không được làm tròn, chỉ kết quả cuối cùng được làm tròn đến hàng phần trăm).

Trả lời:

Đáp án đúng là:

Quảng cáo

Xem lời giải

Câu hỏi:952904

Phương pháp giải

$4N{{H}_{3}}+5{{O}_{2}}\xrightarrow[Pt]{500-{{900}^{o}}C}4NO+6{{H}_{2}}O\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,(1)$

3 tấn khí NO ⟹ $m_{NH_{3}};m_{O_{2}}$; Hiệu suất 92% ⟹ m_cần

$Q = m \times C \times (t_{2} - t_{1})$

$2C{{H}_{4}}+3{{O}_{2}}\xrightarrow{{}}2CO+4{{H}_{2}}O\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,(2)$

$\Delta_{r}H_{298}^{o}(2) = {\sum{\Delta_{f}H_{298}^{o}(sp)}} - {\sum{\Delta_{f}H_{298}^{o}(cd)}}$

⟹ Số mol CH₄ cần

Hiệu suất phản ứng (2) đạt 85% ⟹ Khối lượng CH₄

Giải chi tiết

$4N{{H}_{3}}+5{{O}_{2}}\xrightarrow[Pt]{500-{{900}^{o}}C}4NO+6{{H}_{2}}O\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,(1)$

3 tấn khí NO: $\left. n_{NO} = \dfrac{3}{30} = 0,1(Mmol)\Rightarrow\left\{ \begin{array}{l} {n_{NH_{3}} = n_{NO} = 0,1} \\ {n_{O_{2}} = \dfrac{5}{4}n_{NO} = 0,125} \end{array} \right.(Mmol)\Rightarrow m = m_{NH_{3}} + m_{O_{2}} = 5,7 \right.$ (tấn)

Hiệu suất 92% ⟹ m_cần = $\dfrac{5,7}{92\%}$ tấn

$Q = m \times C \times (t_{2} - t_{1}) = \dfrac{5,7}{92\%}.10^{6}.1,49.(800 - 30).10^{- 3} = 7108271,739(kJ)$

$2C{{H}_{4}}+3{{O}_{2}}\xrightarrow{{}}2CO+4{{H}_{2}}O\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,(2)$

$\begin{array}{l} {\Delta_{r}H_{298}^{o}(2) = 4\Delta_{f}H_{298}^{o}(H_{2}O) + 2.\Delta_{f}H_{298}^{o}(CO) - 2.\Delta_{f}H_{298}^{o}(CH_{4}) - 3.\Delta_{f}H_{298}^{o}(O_{2})} \\ {\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\, = 4.( - 241,8) + 2.( - 110,5) - 2.( - 74,8) - 3.0 = - 1038,6(kJ)} \end{array}$

⟹ Số mol CH₄ cần $\dfrac{7108271,739}{1038,6:2} = 13688,17974(mol)$

Hiệu suất phản ứng (2) đạt 85% ⟹ Khối lượng CH₄: $\dfrac{13688,17974.16}{85\%}.10^{- 6} = 0,26$

Đáp án cần điền là: 0,26

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.