Question

25．以天然氣為原料合成氨是新的生產氮肥的方法，它具有污染小、成本低等諸多特點，其過程大體如下：

    某工廠以標準狀況下的含CH₄ 89.6%的天然氣100 m³為原料經過上述過程，生產尿素和硝酸銨。

⑴ 合成氨生產過程中氨的產率為60%，假設其它各步反應均完全且不考慮副反應，求100 m³的天然氣可生產尿素的質量。

⑵ 為使硝酸生產過程中不再補充空氣，假設各步反應均完全且氨中氮元素全部轉化為HNO₃，空氣中氧氣的體積分數設為20%，求由氨氣和空氣組成的原料氣中 (不包含被硝酸吸收的氨氣)氨氣與空氣的體積比。

⑶ 實際生產中，若氨的產率為60%，硝酸的產率為80%，求100 m³的天然氣最多可生產硝酸銨的質量。

(注：產率=×100%)

Answer 1

(1) 192 kg

(2) 1∶10 

(3) 227.6 kg  (2分)

解析:

(1)CH₄ +2H₂OCO₂ +4H₂     3H₂ +N₂2NH₃    2NH₃ +CO₂ ==CO(NH₂)₂ +H₂O

CH₄： =4000 mol

CH₄ ～4H₂ ～8/3 NH₃ 

合成氨的物質的量為：4000 mol ×8/3×60%=6400 mol  (3分)

2NH₃ ～CO(NH₂)₂ 

生產尿素的質量為：

6400 mol×1/2×60 g/mol= 192000 g =192 kg  (2分)

(2) 4NH₃ +5O₂ 4NO + 6H₂O   2NO + O₂ =2NO₂    3NO₂ +2 H₂O =2HNO₃ +NO

氨中氮元素全部轉化為HNO₃ ，則5NH₃ ～10 O₂

V(NH₃ )∶V(空氣)=5∶10/20%==1∶10  (3分)

(3)NH₃ + HNO₃ =NH₄NO₃

設用于生產硝酸的氨的物質的量為x

6400 mol－x == x×80%     x=3555.6 mol

NH₄NO₃ 的質量為 3555.6 mol×80%×80 g/mol = 227558.4 g ==227.6 kg  (2分)