Номер 4, страница 420 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 82. Химия в сельском хозяйстве. Глава 9. Химия на службе обществу - номер 4, страница 420.

Условие.

4. Сульфат аммония наряду с аммиачной селитрой является важным азотным удобрением. Предложите метод его получения из азота.

Решение.

Решение 2.

Решение

Чтобы получить сульфат аммония ($(NH_4)_2SO_4$) из азота ($N_2$), необходимо осуществить многостадийный синтез. Основная идея заключается в том, чтобы сначала получить два ключевых реагента — аммиак ($NH_3$) и серную кислоту ($H_2SO_4$), а затем провести реакцию между ними.

Первый этап — это получение аммиака из азота. В промышленности для этого используется процесс Габера-Боша. Азот, выделенный из воздуха, вступает в реакцию с водородом. Процесс проводят при высокой температуре ($400-500$ °C), высоком давлении ($15-35$ МПа) и с использованием катализатора (пористое железо). Уравнение реакции синтеза аммиака:

$N_2 + 3H_2 \rightleftharpoons 2NH_3$

Второй этап — получение серной кислоты. Её производят контактным способом, который также состоит из нескольких стадий. Сначала сжигают серу или сернистые соединения (например, пирит) для получения оксида серы(IV):

$S + O_2 \xrightarrow{t} SO_2$

Затем оксид серы(IV) каталитически окисляют кислородом воздуха до оксида серы(VI) на ванадиевом катализаторе ($V_2O_5$) при температуре около $450$ °C:

$2SO_2 + O_2 \rightleftharpoons 2SO_3$

На последней стадии производства кислоты оксид серы(VI) реагирует с водой:

$SO_3 + H_2O \rightarrow H_2SO_4$

Третий, заключительный, этап — это реакция нейтрализации между полученным аммиаком (основание) и серной кислотой. В результате образуется целевой продукт — сульфат аммония:

$2NH_3 + H_2SO_4 \rightarrow (NH_4)_2SO_4$

Ответ: Промышленный метод получения сульфата аммония из азота можно описать следующей последовательностью химических реакций:

1. Синтез аммиака из азота и водорода:

$N_2 + 3H_2 \rightleftharpoons 2NH_3$

2. Синтез серной кислоты (в три стадии из серы):

a) $S + O_2 \rightarrow SO_2$

б) $2SO_2 + O_2 \rightleftharpoons 2SO_3$

в) $SO_3 + H_2O \rightarrow H_2SO_4$

3. Синтез сульфата аммония путем нейтрализации:

$2NH_3 + H_2SO_4 \rightarrow (NH_4)_2SO_4$