- 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?
\(NH_3+HCl->NH_4Cl\)
Vì ammonia là chất nhận proton nên nó là base.
Đại lượng đặc trưng cho đô biến thiên nồng độ của một trong các chất phản ứng hoặc sản phẩm phản ứng trong một đơn vị thời gian gọi là
A. tốc độ phản ứng.
B. cân bằng hoá học.
C. tốc độ tức thời.
D. quá trình hoá học.
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?
Trong công nghiệp, quá trình sản xuất ammonia thường được thực hiện ở nhiệt độ 400 °C – 450 °C, áp suất 150 – 200 bar, xúc tác Fe.
N2(g) + 3H2(g) ⇌ 2NH3(g) ΔrHo = -91,8 kJ
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.
Biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng tổng hợp ammonia từ nitrogen và hydrogen có giá trị âm nhưng vì sao quá trình Haber lại chọn nhiệt độ phản ứng khá cao, vào khoảng 400 °C – 600 °C?
Ở 472 °C, hằng số cân bằng của phản ứng tổng hợp ammonia từ nitrogen và hydrogen theo quá trình Haber là Kc = 0,105. Giả sử, kết quả phân tích cho thấy tại thời điểm cân bằng, nồng độ của nitrogen và hydrogen trong buồng phản ứng lần lượt là 0,0201 M và 0,0602 M.
a) Hãy tính nồng độ mol của ammonia có trong buồng phản ứng tại thời điểm cân bằng.
b) Làm thế nào để tách được ammonia ra khỏi hỗn hợp?
a) Viết phương trình hóa học của phản ứng tổng hợp ammonia trong công nghiệp.
b) Tại trạng thái cân bằng, nồng độ các chất NH3, N2, H2 lần lượt là 0,62 M; 0,45 M; 0,14 M. Tính hằng số cân bằng của phản ứng.
c) Hiệu suất của phản ứng sẽ tăng hay giảm nếu:
- Tăng nhiệt độ hệ phản ứng. Biết phản ứng tạo ra ammonia tỏa nhiệt.
- Tăng áp suất hệ phản ứng.
- Thêm một lượng bột sắt.
a, \(N_2+3H_2⇌2NH_3\)
b, Ta có: \(K_c=\dfrac{\left[NH_3\right]^2}{\left[N_2\right]\left[H_2\right]^3}=\dfrac{0,62^2}{0,45.0,14^3}\approx311,31\)
c, - Tăng nhiệt độ → giảm hiệu suất.
- Tăng áp suất → tăng hiệu suất.
- Thêm bột sắt (xúc tác) → không làm thay đổi hiệu suất.
Cho cân bằng hoá học: 3 H 2 k + N 2 k ⇄ 2 N H 3 k . Giữ nguyên nhiệt độ, nén thể tích hỗn hợp còn một nữa. Nhận xét nào sau đây về tốc độ phản ứng thuận (vt) và tốc độ phản ứng nghịch (vn) là chính xác
A. vt tăng vn giảm
B. vt tăng, vn giảm
C. vt và vn giảm
D. vt và vn tăng
Giảm thể tích, hay tăng áp suất làm tốc độ phản ứng tăng, cả vt và vn đều tăng (cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận, vt tăng nhanh hơn vn).
Chọn đáp án D
Cân bằng phương trình hoá học của các phản ứng và cho biết trong các phản ứng sau nào thuộc loại phản ứng hóa hợp? Phản ứng nào thuộc loại phản ứng phân hủy?
1. H2SO4+ Al(OH)3- - -> Al2(SO4)3 + H2O
2. Ba(NO3)2+ Na2SO4- - -> BaSO4 + NaNO3
3. KClO3 ----> KCl + O2
4. NaHS + KOH ------> Na2S + K2S + H2O
5. Fe(OH)2+ O2 + H2O ------> Fe(OH)3
6. NO2 + O2 + H2O ------> HNO3
7. SO2 + Br2 + H2O ------> H2SO4 + HBr
8. Fe3O4 + HCl -----> FeCl2 + FeCl3 + H2O
9. FeS + O2 -----> Fe2O3 + SO2
10. Fe 3O4+ Al -------> Fe + Al2O3
11. Fe(OH)3-----> Fe2O3 + H2O
12. KMnO4+ HCl -----> Cl2 + KCl + MnCl2 + H2O
1) 2Al(OH)3 + 3H2SO4 --> Al2(SO4)3 + 6H2O
2) Ba(NO3)2 + Na2SO4 --> BaSO4 + 2NaNO3
3) 2KClO3 --to--> 2KCl + 3O2
4) 2NaHS + 2KOH --> Na2S + K2S + 2H2O
5) 4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O --> 4Fe(OH)3
6) 4NO2 + O2 + 2H2O --> 4HNO3
7) SO2 + Br2 + 2H2O --> H2SO4 + 2HBr
8) Fe3O4 + 8HCl --> FeCl2 + 2FeCl3 + 4H2O
9) 4FeS + 7O2 -to--> 2Fe2O3 + 4SO2
10) 3Fe3O4 + 8Al --to--> 9Fe + 4Al2O3
11) 2Fe(OH)3 --to--> Fe2O3 + 3H2O
12) 2KMnO4 + 16HCl --> 2KCl + 2MnCl2 + 5Cl2 + 8H2O
Pư hóa hợp: 5,6
Pư phân hủy: 3,11
1. 3H2SO4+ 2Al(OH)3 → Al2(SO4)3+ 6H2O (phản ứng thế)
2. Ba(NO3)2 + Na2SO4 → BaSO4 + 2NaNO3 (phản ứng thế)
3. 2KClO3 → 2KCl + 3O2 (phản ứng phân hủy)
4. 2NaHS + 2KOH → Na2S + K2S + 2H2O (phản ứng thế)
5. 4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O → 4Fe(OH)3 (phản ứng hóa hợp)
3. (2đ) Cho nhôm tác dụng với oxi thu được nhôm oxit. a. Viết sơ đồ phản ứng bằng chữ. b. Viết phương trình phản ứng dưới dạng kí hiệu hóa học. c. Cân bằng phương trình hóa học. d. Cho biết tỉ lệ số nguyên tử, phân tử trong phươn trình phản ứng.
a. nhôm + oxi ----to--->nhôm oxit
b+c. \(4Al+3O_2\xrightarrow{t^o}2Al_2O_3\)
d. Tỉ lệ: \(4:3:2\)
a) Nhôm tác dụng với Oxi thua được Nhôm oxit
b) Al + O2 => Al2O3
c) 2Al + 3O2 => 2Al2O3
d)