Một nhà máy sản xuất nitric acid () theo quy trình Ostwald như sau:
- *Giai đoạn 1:* Hỗn hợp khí ammonia và không khí với tỉ số mol là được dẫn vào tháp phản ứng chứa xúc tác Rh-Pt, ở . Khi đó bị oxi hoá hoàn toàn theo các phương trình hoá học:
Trong đó phần trăm bị oxi hoá thành NO theo phản ứng (1) là 95\%.
- Giai đoạn 2: Hỗn hợp khí thu được sau giai đoạn (1) được đưa về 50°C, sau đó tiếp tục oxi hoá hoàn toàn NO thành theo phương trình hoá học:
Sau giai đoạn 2, nước được ngưng tụ hết và tách ra khỏi hệ thống, oxygen còn lại trong hỗn hợp khí chiếm 2,4\% về số mol. Coi giai đoạn 2 chỉ xảy ra phản ứng (3) và các khí hoà tan trong nước không đáng kể.
- Giai đoạn 3: Dẫn hỗn hợp khí sau giai đoạn 2 và bổ sung không khí vào tháp hấp thụ, sau đó phun nước ngược chiều để chuyển hoá hết thành .
Biết: Không khí gồm 21\% và 79\% theo số mol.
Xác định giá trị của (không làm tròn kết quả các phép tính trung gian, chỉ làm tròn kết quả phép tính cuối cùng đến hàng phần trăm).
Một nhà máy sản xuất nitric acid () theo quy trình Ostwald như sau:
- *Giai đoạn 1:* Hỗn hợp khí ammonia và không khí với tỉ số mol là được dẫn vào tháp phản ứng chứa xúc tác Rh-Pt, ở . Khi đó bị oxi hoá hoàn toàn theo các phương trình hoá học:
Trong đó phần trăm bị oxi hoá thành NO theo phản ứng (1) là 95\%.
- Giai đoạn 2: Hỗn hợp khí thu được sau giai đoạn (1) được đưa về 50°C, sau đó tiếp tục oxi hoá hoàn toàn NO thành theo phương trình hoá học:
Sau giai đoạn 2, nước được ngưng tụ hết và tách ra khỏi hệ thống, oxygen còn lại trong hỗn hợp khí chiếm 2,4\% về số mol. Coi giai đoạn 2 chỉ xảy ra phản ứng (3) và các khí hoà tan trong nước không đáng kể.
- Giai đoạn 3: Dẫn hỗn hợp khí sau giai đoạn 2 và bổ sung không khí vào tháp hấp thụ, sau đó phun nước ngược chiều để chuyển hoá hết thành .
Biết: Không khí gồm 21\% và 79\% theo số mol.
Xác định giá trị của (không làm tròn kết quả các phép tính trung gian, chỉ làm tròn kết quả phép tính cuối cùng đến hàng phần trăm).
- *Giai đoạn 1:* Hỗn hợp khí ammonia và không khí với tỉ số mol là được dẫn vào tháp phản ứng chứa xúc tác Rh-Pt, ở . Khi đó bị oxi hoá hoàn toàn theo các phương trình hoá học:
Trong đó phần trăm bị oxi hoá thành NO theo phản ứng (1) là 95\%.
- Giai đoạn 2: Hỗn hợp khí thu được sau giai đoạn (1) được đưa về 50°C, sau đó tiếp tục oxi hoá hoàn toàn NO thành theo phương trình hoá học:
Sau giai đoạn 2, nước được ngưng tụ hết và tách ra khỏi hệ thống, oxygen còn lại trong hỗn hợp khí chiếm 2,4\% về số mol. Coi giai đoạn 2 chỉ xảy ra phản ứng (3) và các khí hoà tan trong nước không đáng kể.
- Giai đoạn 3: Dẫn hỗn hợp khí sau giai đoạn 2 và bổ sung không khí vào tháp hấp thụ, sau đó phun nước ngược chiều để chuyển hoá hết thành .
Biết: Không khí gồm 21\% và 79\% theo số mol.
Xác định giá trị của (không làm tròn kết quả các phép tính trung gian, chỉ làm tròn kết quả phép tính cuối cùng đến hàng phần trăm).
Đáp án chính thức: 9,05
Hướng dẫn giải chi tiết
Đây là câu tính toán dài nhất của đề.
Gọi lượng NH ban đầu là 1 mol.
Theo định nghĩa, lượng không khí ban đầu là mol.
Không khí gồm:
- 21\% O;
- 79\% N.
Vậy ban đầu:
- O: mol;
- N: mol.
**Giai đoạn 1**
95\% NH tạo NO theo phản ứng: 4NH + 5O → 4NO + 6HO.
Lượng NH theo phản ứng (1): mol.
Từ tỉ lệ: 4 mol NH cần 5 mol O.
O tiêu thụ: mol.
NO tạo thành: mol.
HO tạo thành: mol.
Còn 5\% NH phản ứng theo: 4NH + 3O → 2N + 6HO.
Lượng NH: mol.
O tiêu thụ: mol.
N sinh ra: mol.
Tổng O tiêu thụ ở giai đoạn 1:
O còn lại sau giai đoạn 1: .
**Giai đoạn 2**
Toàn bộ NO bị oxi hóa: 2NO + O → 2NO.
Có 0,95 mol NO.
Theo tỉ lệ: 2 mol NO cần 1 mol O.
O cần:
NO tạo thành:
O còn sau giai đoạn 2:
**Tính tổng số mol khí sau khi ngừng tụ nước**
N gồm:
- N từ không khí: ;
- N sinh ra từ phản ứng (2): .
NO:
O:
Tổng số mol khí:
Để cho O chiếm 2,4\% số mol:
Giải:
Làm tròn đến hàng phần trăm: 9,05
Gọi lượng NH ban đầu là 1 mol.
Theo định nghĩa, lượng không khí ban đầu là mol.
Không khí gồm:
- 21\% O;
- 79\% N.
Vậy ban đầu:
- O: mol;
- N: mol.
**Giai đoạn 1**
95\% NH tạo NO theo phản ứng: 4NH + 5O → 4NO + 6HO.
Lượng NH theo phản ứng (1): mol.
Từ tỉ lệ: 4 mol NH cần 5 mol O.
O tiêu thụ: mol.
NO tạo thành: mol.
HO tạo thành: mol.
Còn 5\% NH phản ứng theo: 4NH + 3O → 2N + 6HO.
Lượng NH: mol.
O tiêu thụ: mol.
N sinh ra: mol.
Tổng O tiêu thụ ở giai đoạn 1:
O còn lại sau giai đoạn 1: .
**Giai đoạn 2**
Toàn bộ NO bị oxi hóa: 2NO + O → 2NO.
Có 0,95 mol NO.
Theo tỉ lệ: 2 mol NO cần 1 mol O.
O cần:
NO tạo thành:
O còn sau giai đoạn 2:
**Tính tổng số mol khí sau khi ngừng tụ nước**
N gồm:
- N từ không khí: ;
- N sinh ra từ phản ứng (2): .
NO:
O:
Tổng số mol khí:
Để cho O chiếm 2,4\% số mol:
Giải:
Làm tròn đến hàng phần trăm: 9,05