Question

以天然氣為原料合成氨是新的生產(chǎn)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(jīng)過上述過程，生產(chǎn)尿素和硝酸銨。

（1）合成氨生產(chǎn)過程中氨的產(chǎn)率為60%，假設其他各步反應均完全且不考慮副反應，求100 m³的天然氣可生產(chǎn)尿素的質(zhì)量為多少千克？

（2）為使硝酸生產(chǎn)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(zhuǎn)化為HNO₃，空氣中氧氣的體積分數(shù)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。

（3）實際生產(chǎn)中，若氨的產(chǎn)率為60%，硝酸的產(chǎn)率為80%，求100 m³的天然氣最多可生產(chǎn)硝酸銨的質(zhì)量為多少千克？

（注：產(chǎn)率=×100%）

Answer 1

（1）192 kg  （2）1∶10  （3）227.6 kg

解析：（1）CH₄+2H₂OCO₂+4H₂

3H₂+N₂2NH₃

2NH₃+CO₂====CO（NH₂）₂+H₂O

CH₄：=4 000 mol

CH₄～4H₂～8/3NH₃

合成氨的物質(zhì)的量為：4 000 mol×8/3×60%=6 400 mol

2NH₃～CO（NH₂）₂

生產(chǎn)尿素的質(zhì)量為：

6 400 mol×1/2×60 g·mol^-1=192 000 g=192 kg

（2）4NH₃+5O₂4NO+6H₂O

2NO+O₂====2NO₂

3NO₂+2H₂O====2HNO₃+NO

氨中氮元素全部轉(zhuǎn)化為HNO₃，則5NH₃～10O₂

V（NH₃）∶V（空氣）=5∶10/20%=1∶10

（3）NH₃+HNO₃====NH₄NO₃

設用于生產(chǎn)硝酸的氨的物質(zhì)的量為x

6 400 mol-x=x·80%  x=3 555.6 mol

NH₄NO₃的質(zhì)量為3 555.6 mol×80%×80 g·mol^-1=227 558.4 g=227.6 kg