Ammonia có nhiều ứng dụng quan trọng trong đời sống và sản xuất. Trong công nghiệp, ammonia được tổng hợp từ nitrogen và hydrogen theo phương trình phản ứng:

$$N_2(g)+3H_2(g){\rightleftharpoons }^{t^o,p,xt}2N{H}_3(g)(\ast )$$

Kết quả nghiên cứu sự phụ thuộc của hiệu suất phản ứng tổng hợp ammonia vào áp suất và nhiệt độ được thể hiện trong giản đồ sau:



a) Phản ứng (*) thực hiện ở nhiệt độ cao nên là phản ứng thu nhiệt (${\Delta }_{r}H>0$).

b) Khi tăng áp suất thì cân bằng của phản ứng (*) chuyển dịch theo chiều thuận.

c) Hiệu suất của phản ứng ở 550°C, 300 atm cao hơn hiệu suất ở 500°C, 200 atm.

d) Ở nhiệt độ 450°C, 250 atm, 2 mol $N_2$ trộn với 4,5 mol $H_2$ thu được 1,2 mol $N{H}_3$.

(AI giải đề cho tôi)
a) Sai. Từ giản đồ, ở cùng áp suất, nhiệt độ tăng (350°C → 550°C) thì hiệu suất thu ammonia giảm, chứng tỏ phản ứng (*) toả nhiệt (${\Delta }_{r}H<0$), không phải thu nhiệt. Việc công nghiệp vẫn dùng nhiệt độ cao (~450–500°C) là để đạt tốc độ phản ứng đủ nhanh, không phải vì phản ứng thu nhiệt.

b) Đúng. Phản ứng thuận $N_2+3H_2\to 2N{H}_3$ có tổng số mol khí giảm (4 → 2). Theo nguyên lý Le Chatelier, khi tăng áp suất cân bằng chuyển dịch theo chiều làm giảm số mol khí, tức chiều thuận, hiệu suất tăng — điều này cũng phù hợp với các đường cong hiệu suất tăng theo áp suất trên giản đồ.

c) Sai. Đọc giản đồ: tại 550°C, 300 atm hiệu suất khoảng 20%; tại 500°C, 200 atm hiệu suất khoảng 26%. Vậy hiệu suất ở 550°C, 300 atm thấp hơn ở 500°C, 200 atm.

d) Đúng. Ở 450°C, 250 atm, hiệu suất theo giản đồ khoảng 40%. Ban đầu có 2 mol $N_2$ và 4,5 mol $H_2$; $H_2$ hết trước nên theo stoichiometry $N_2+3H_2\to 2N{H}_3$, lượng $N{H}_3$ cực đại = $\frac{2}{3}\times 4,5=3$ mol. Hiệu suất 40% cho $n(N{H}_3)=3\times 0,40=1,2$ mol, đúng như phát biểu.
a) (AI giải đề cho tôi)
Hiệu suất giảm khi nhiệt độ tăng nên phản ứng toả nhiệt (${\Delta }_{r}H<0$), không phải thu nhiệt.
b) (AI giải đề cho tôi)
Chiều thuận làm giảm số mol khí (4 → 2), tăng áp suất cân bằng chuyển chiều thuận.
c) (AI giải đề cho tôi)
Từ giản đồ: 550°C, 300 atm ≈ 20%; 500°C, 200 atm ≈ 26%, nên hiệu suất ở 550°C, 300 atm thấp hơn.
d) (AI giải đề cho tôi)
Ở 450°C, 250 atm hiệu suất ≈ 40%; $H_2$ limiting nên $N{H}_3$ max = 3 mol; $3\times 40\%=1,2$ mol.