Trong công nghiệp, ammonia được sản xuất theo quy trình Haber từ nitrogen và hydrogen theo phương trình hóa học: N2(g) + 3H2(g) ⇋ 2NH3(g) ΔrH = – 92 kJ
Phản ứng được thực hiện ở nhiệt độ, áp suất thích hợp và có mặt chất xúc tác. Trong quy trình này, người ta nén hỗn hợp khí gồm N2 và H2 theo đúng tỉ lệ mol tương ứng 1 : 3 vào thiết bị phản ứng. Sau phản ứng, hỗn hợp khí được làm lạnh để tách NH3 lỏng ra khỏi khí chưa phản ứng. Phần khí còn lại được tuần hoàn trở lại thiết bị phản ứng. Giả sử ban đầu đưa vào 100 mol N2 và 300 mol H2. Sau một quy trình, thu được 120 mol NH3.
a) Phản ứng tổng hợp NH3 là phản ứng thuận nghịch và phản ứng theo chiều thuận là tỏa nhiệt.
b) Việc tăng áp suất làm tăng hiệu suất tạo NH3.
c) Sau một quy trình, hiệu suất chuyển hóa N2 là 60%.
d) Việc tuần hoàn khí chưa phản ứng giúp tiết kiệm nguyên liệu quá trình sản xuất.
Câu trả lời tốt nhất
(a) Đúng, trong cùng điều kiện, N2 kết hợp H2 tạo NH3, đồng thời NH3 cũng phân hủy tạo N2 và H2 nên phản ứng là thuận nghịch. ΔrH < 0 nên chiều thuận là phản ứng tỏa nhiệt.
(b) Đúng, chiều thuận (tạo NH3) có số phân tử khí giảm nên tăng áp suất NH3 sẽ tạo ra nhiều hơn, hiệu suất sẽ tăng.
(c) Đúng, nN2 phản ứng = nNH3/2 = 60 mol
—> H = nN2 phản ứng / nN2 ban đầu = 60%
(d) Đúng, mỗi chu kỳ thường có hiệu suất không cao nên các nguyên liệu còn lại rất nhiều, vì vậy tuần hoàn khí chưa phản ứng giúp tiết kiệm nguyên liệu cho quá trình sản xuất đồng thời giảm tối đa khí thải.
