Vận dụng kiến thức về cân bằng hoá học, tốc độ phản ứng, biến thiên enthalpy để giải thích các điều kiện của phản ứng sản xuất ammonia, cụ thể:
1. Nếu tăng hoặc giảm nhiệt độ sẽ ảnh hưởng đến sự chuyển dịch cân bằng và tốc độ phản ứng như thế nào?
2. Nếu giảm áp suất, cân bằng chuyển dịch theo chiều nào? Tại sao không thực hiện ở áp suất cao hơn?
3. Vai trò của chất xúc tác trong phản ứng là gì?
Giải bởi Vietjack
Trong công nghiệp, quá trình sản xuất ammonia thường được thực hiện ở nhiệt độ 400 oC – 450 oC, áp suất 150 – 200 bar, xúc tác Fe.
1) Vì DrHo = -91,8 kJ < 0 nên phản ứng thuận toả nhiệt. Vậy:
+ Nếu tăng nhiệt độ, cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch (tức chiều phản ứng thu nhiệt) làm giảm hiệu suất phản ứng.
+ Nếu giảm nhiệt độ, cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận (tức chiều phản ứng toả nhiệt) làm tăng hiệu suất phản ứng.
Tuy nhiên, khi thực hiện phản ứng ở nhiệt độ quá thấp thì tốc độ của phản ứng nhỏ, phản ứng diễn ra chậm. Thực tế, người ta đã chọn nhiệt độ phù hợp, khoảng 400 oC - 450 oC.
2. Khi giảm áp suất, cân bằng chuyển dịch theo chiều làm tăng áp suất của hệ - tức chiều làm tăng số mol khí, hay chiều nghịch.
Quá trình sản xuất NH3 được thực hiện ở áp suất 150 – 200 bar mà không thực hiện ở áp suất cao hơn. Điều này được giải thích như sau: Khi thực hiện ở áp suất cao sẽ thu
được nồng độ NH3 tại thời điểm cân bằng lớn, tuy nhiên khi tăng áp suất thì
sự tăng nồng độ NH3 không tăng nhanh chỉ tăng chậm. Ngoài ra, khi tăng áp suất thì
tiêu tốn năng lượng và yêu cầu thiết bị phải chịu được áp suất cao, do đó phải
tính toán chính xác khi tăng áp suất để mang lại hiệu quả kinh tế cao nhất. Thực tế chứng minh quá trình sản xuất NH3 được thực hiện ở áp suất 150 – 200 bar đem lại hiệu quả cao nhất.
3. Việc sử dụng chất xúc tác là bột sắt có tác dụng làm cho phản ứng nhanh đạt tới trạng thái cân bằng.
Gói VIP thi online tại VietJack (chỉ 400k/1 năm học), luyện tập gần 1 triệu câu hỏi có đáp án chi tiết
Sưu tầm một số hình ảnh để báo cáo, thuyết trình về ứng dụng của ammonia trong thực tiễn. Sử dụng các tính chất vật lí và hoá học để giải thích cơ sở khoa học của các ứng dụng này.
Từ đặc điểm cấu tạo của phân tử ammonia, hãy giải thích tại sao các phân tử ammonia có khả năng tạo liên kết hydrogen mạnh với nhau.
- Vận dụng được kiến thức về cân bằng hoá học, tốc độ phản ứng, enthalpy cho phản ứng tổng hợp ammonia trong quá trình Haber – Bosch.
- Nhận biết được ion ammonium trong phân đạm.
Từ ammonia, thông qua phản ứng nào có thể sản xuất phân đạm chứa ion ammonium? Ammonia đóng vai trò gì trong phản ứng đó?
Trong công nghiệp, phản ứng giữa ammonia với acid được dùng để sản xuất phân bón:
NH3 + HCl → NH4Cl
NH3 + HNO3 → NH4NO3
2NH3 + H2SO4 → (NH4)2SO4
Xác định chất cho, chất nhận proton trong mỗi phản ứng trên. Dùng mũi tên để biểu diễn sự cho, nhận đó.
Chuẩn bị: phân bón potassium nitrate và phân bón ammonium chloride dạng rắn, dung dịch NaOH 20%, giấy pH; bình xịt tia nước cất, 2 ống nghiệm, kẹp gỗ, đèn cồn.
Tiến hành:
– Cho khoảng 1 g phân bón potassium nitrate vào ống nghiệm (1) và khoảng 1 g phân bón ammonium chloride vào ống nghiệm (2).
– Thêm vào mỗi ống nghiệm khoảng 3 mL nước cất, lắc đều cho tan hết.
– Nhỏ 1 mL dung dịch NaOH 20% vào mỗi ống nghiệm, đun nóng nhẹ trên đèn cồn.
– Đưa hai mẩu giấy pH đã tẩm ướt vào miệng mỗi ống nghiệm.
Quan sát hiện tượng và trả lời câu hỏi:
Dựa vào dấu hiệu nào để nhận biết ion ammonium? Giải thích bằng phương trình hoá học.
a) So sánh phân tử ammonia và ion ammonium về dạng hình học, số liên kết cộng hoá trị, số oxi hoá của nguyên tử nitrogen.
b) Viết phương trình hoá học minh hoạ tính acid/base của ammonia và ammonium.
Trong hai phản ứng oxi hoá ammonia bằng oxygen ở trên, hãy:
a) Xác định các nguyên tử có sự thay đổi số oxi hoá.
Viết cấu hình electron của các nguyên tử H (Z = 1) và N (Z = 7).
