Водород, необходимый для промышленного синтеза аммиака, можно получить, пропуская пары воды над нагретым коксом, а азот — из воздуха. Рассчитайте массу кокса с массовой долей углерода 84,8% и объём воздуха, которые необходимы для синтеза аммиака массой 100 кг.

Уравнение получения водорода из кокса и водяного пара:

\[ C+H_2O \rightarrow CO+H_2 \]

Синтез аммиака:

\[ N_2+3H_2 \rightarrow 2NH_3 \]

Найдём количество вещества аммиака. Молярная масса \(NH_3\):

\[ M(NH_3)=14+3=17\ г/моль \]

\[ n(NH_3)=\frac{100000}{17}\approx 5882{,}35\ моль \]

По уравнению \(N_2+3H_2 \rightarrow 2NH_3\): на \(2\) моль аммиака нужно \(3\) моль водорода и \(1\) моль азота.

\[ n(H_2)=\frac{3}{2}\cdot 5882{,}35\approx 8823{,}53\ моль \]

По уравнению \(C+H_2O \rightarrow CO+H_2\): из \(1\) моль углерода получается \(1\) моль водорода, значит:

\[ n(C)=8823{,}53\ моль \]

Масса чистого углерода:

\[ m(C)=8823{,}53\cdot 12\approx 105882\ г=105{,}9\ кг \]

В коксе углерода \(84{,}8\%\), поэтому масса кокса:

\[ m(кокса)=\frac{105{,}9}{0{,}848}\approx 124{,}9\ кг \]

Теперь найдём азот:

\[ n(N_2)=\frac{1}{2}\cdot 5882{,}35\approx 2941{,}18\ моль \]

Объём азота при нормальных условиях:

\[ V(N_2)=2941{,}18\cdot 22{,}4\approx 65882\ л=65{,}9\ м^3 \]

В воздухе примерно \(78\%\) азота по объёму:

\[ V(воздуха)=\frac{65{,}9}{0{,}78}\approx 84{,}5\ м^3 \]

Ответ: нужно примерно \(124{,}9\) кг кокса и \(84{,}5\ м^3\) воздуха.

0 0 Пожаловаться