Bài 4.16 trang 18, 19, 20, 21 SBT Hóa 11 - Chân trời sáng tạo: Hiện nay người ta sản xuất ammonia bằng cách chuyển hoá có xúc tác một hỗn hợp gồm không khí...

Hiện nay người ta sản xuất ammonia bằng cách chuyển hoá có xúc tác một hỗn hợp gồm không khí, hơi nước và khí methane (thành phần chính của khí thiên nhiên).

Để sản xuất khí ammonia, nếu lấy 841,7 m³ không khí (chứa 21,03% O₂; 78,02% N₂, còn lại là khí hiếm theo thể tích), thì cần phải lấy bao nhiêu m³ khí methane và bao nhiêu m³ hơi nước để có đủ lượng N₂ và H₂ theo tỉ lệ 1 : 3 về thể tích dùng cho phản ứng tổng hợp ammonia. Giả thiết các phản ứng (1), (2) đều xảy ra hoàn toàn và các thể tích khí đo ở cùng điều kiện.

Phương pháp giải :

Trong cùng một điều kiện, tỉ lệ thể tích bằng tỉ lệ mol.

Lời giải chi tiết:

\[{{\rm{V}}_{{{\rm{O}}_{\rm{2}}}}} = 841,7 \times \frac{{21,03}}{{100}} = 177{\rm{ (}}{{\rm{m}}^{\rm{3}}}{\rm{)}}\]

\[{{\rm{V}}_{{{\rm{N}}_{\rm{2}}}}} = 841,7 \times \frac{{78,02}}{{100}} = 656,7{\rm{ (}}{{\rm{m}}^{\rm{3}}}{\rm{)}}\]

Theo phương trình hóa học (2): \[{{\rm{V}}_{{\rm{C}}{{\rm{H}}_{\rm{4}}}(2)}} = \frac{1}{2} \times {{\rm{V}}_{{{\rm{O}}_{\rm{2}}}}} = \frac{1}{2} \times 177 = 88,5{\rm{ }}({{\rm{m}}^{\rm{3}}})\];\[{{\rm{V}}_{{{\rm{H}}_{\rm{2}}}{\rm{O (2)}}}} = {{\rm{V}}_{{{\rm{O}}_{\rm{2}}}}} = 177{\rm{ }}({{\rm{m}}^{\rm{3}}})\]

Theo phương trình hóa học (3): \[{{\rm{V}}_{{{\rm{H}}_{\rm{2}}}}} = 3 \times {{\rm{V}}_{{{\rm{N}}_{\rm{2}}}}} = 3 \times 656,7 = 1970{\rm{ }}({{\rm{m}}^{\rm{3}}})\]

Theo phương trình hóa học (1):

\[\begin{array}{l}{{\rm{V}}_{{\rm{C}}{{\rm{H}}_4}(1)}} = \frac{1}{4} \times {{\rm{V}}_{{{\rm{H}}_{\rm{2}}}}} = \frac{1}{4} \times 1970 = 492,5{\rm{ }}({{\rm{m}}^{\rm{3}}})\\{{\rm{V}}_{{{\rm{H}}_{\rm{2}}}{\rm{O (1)}}}} = \frac{1}{2} \times {{\rm{V}}_{{{\rm{H}}_{\rm{2}}}}} = \frac{1}{2} \times 1970 = 985{\rm{ }}({{\rm{m}}^{\rm{3}}})\end{array}\]

\[\begin{array}{l} \Rightarrow {{\rm{V}}_{{\rm{C}}{{\rm{H}}_4}}} = {{\rm{V}}_{{\rm{C}}{{\rm{H}}_4}(1)}} + {{\rm{V}}_{{\rm{C}}{{\rm{H}}_4}(2)}} = 492,5 + 88,5 = 581{\rm{ }}({{\rm{m}}^{\rm{3}}})\\ \Rightarrow {{\rm{V}}_{{{\rm{H}}_{\rm{2}}}{\rm{O}}}} = {{\rm{V}}_{{{\rm{H}}_{\rm{2}}}{\rm{O (1)}}}} - {{\rm{V}}_{{{\rm{H}}_{\rm{2}}}{\rm{O (2)}}}} = 985 - 177 = 808{\rm{ }}({{\rm{m}}^{\rm{3}}})\end{array}\]