Номер 3, страница 156, часть 2 - гдз по химии 10 класс учебник Оспанова, Аухадиева

3. На первых установках аммиак удаляли из газовой смеси, растворяя его в воде. В чем состоят два существенных недостатка этого способа по сравнению с современным?

Решение

Современный способ удаления аммиака из газовой смеси (азотоводородной смеси) в процессе его синтеза заключается в сжижении аммиака путем охлаждения. Аммиак имеет значительно более высокую температуру кипения ($t_{кип}(NH_3) = -33.4^\circ C$), по сравнению с азотом ($t_{кип}(N_2) = -195.8^\circ C$) и водородом ($t_{кип}(H_2) = -252.9^\circ C$). Это позволяет отделить жидкий аммиак, а не вступившие в реакцию газы вернуть в цикл синтеза. Способ удаления аммиака растворением в воде, использовавшийся на ранних этапах развития технологии, имеет два существенных недостатка по сравнению с этим методом.

Первый недостаток: Неполнота удаления аммиака

Процесс растворения аммиака в воде является обратимым и описывается равновесием: $NH_3(газ) + H_2O(жидкость) \rightleftharpoons NH_4OH(раствор)$. Это значит, что по мере увеличения концентрации аммиака в воде скорость обратного процесса (выделения $NH_3$ из раствора) растет. В итоге устанавливается динамическое равновесие, при котором полное поглощение аммиака невозможно. В отходящих газах (азот и водород, которые возвращают в реактор для повторного синтеза) всегда остается некоторое количество аммиака. Наличие продукта ($NH_3$) в исходной смеси для синтеза ($N_2 + 3H_2 \rightleftharpoons 2NH_3$) смещает равновесие реакции влево, согласно принципу Ле Шателье. Это снижает скорость синтеза и общий выход конечного продукта. Конденсация же обеспечивает гораздо более глубокое отделение аммиака.

Второй недостаток: Получение нецелевого продукта и усложнение процесса

Результатом абсорбции водой является не чистый безводный аммиак, а его водный раствор — аммиачная вода. Однако в большинстве случаев товарным продуктом является именно сжиженный безводный аммиак. Чтобы получить его из водного раствора, требуется дополнительная, сложная и энергозатратная стадия — дистилляция (отгонка). В ходе дистилляции раствор нагревают для испарения аммиака, затем полученный газ осушают от паров воды и только потом сжижают под давлением. Это существенно удорожает и усложняет весь технологический процесс. Современный метод конденсации позволяет сразу получить чистый жидкий аммиак.

Ответ:

Двумя существенными недостатками удаления аммиака растворением в воде являются:

1. Неполнота удаления: процесс растворения обратим, поэтому часть аммиака остается в газовой смеси, которая возвращается в реактор, что снижает общий выход продукта.

2. Необходимость дополнительной переработки: получается водный раствор аммиака, а не чистый продукт, что требует дополнительной энергозатратной стадии дистилляции для получения безводного аммиака.