Номер 4, страница 185 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 25. Химия в сельском хозяйстве. Глава 5. Химия в жизни и обществе - номер 4, страница 185.

Условие.

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

Решение.

Решение 2.

Решение

Получение сульфата аммония из азота — это многостадийный промышленный процесс, который включает в себя синтез двух основных компонентов, аммиака и серной кислоты, с последующей их реакцией.

Этап 1: Получение аммиака ($NH_3$) из азота ($N_2$)

Основным промышленным методом получения аммиака является процесс Габера-Боша. Азот для этого процесса получают фракционной перегонкой сжиженного воздуха, а водород — конверсией метана (природного газа) с водяным паром или электролизом воды.

Азот и водород смешивают в стехиометрическом соотношении и пропускают над катализатором (обычно на основе железа) при высокой температуре (400–500 °C) и высоком давлении (15–35 МПа). Реакция является обратимой и экзотермической:
$N_2(г) + 3H_2(г) \rightleftharpoons 2NH_3(г) + Q$

Этап 2: Получение серной кислоты ($H_2SO_4$)

Серную кислоту получают контактным способом, который также состоит из нескольких стадий. Исходным сырьем обычно служит сера ($S$) или сульфидные руды (например, пирит $FeS_2$).

1. Сжигание серы в избытке кислорода (воздуха) для получения диоксида серы (сернистого газа):
$S(тв) + O_2(г) \rightarrow SO_2(г)$

2. Каталитическое окисление диоксида серы до триоксида серы ($SO_3$) на катализаторе (оксид ванадия(V) $V_2O_5$) при температуре около 450 °C:
$2SO_2(г) + O_2(г) \rightleftharpoons 2SO_3(г)$

3. Поглощение триоксида серы концентрированной серной кислотой для получения олеума ($H_2S_2O_7$), так как прямая реакция $SO_3$ с водой приводит к образованию трудноулавливаемого тумана серной кислоты:
$SO_3(г) + H_2SO_4(конц.) \rightarrow H_2S_2O_7(ж)$

4. Разбавление олеума водой для получения серной кислоты необходимой концентрации:
$H_2S_2O_7(ж) + H_2O(ж) \rightarrow 2H_2SO_4(р-р)$

Этап 3: Получение сульфата аммония ($(NH_4)_2SO_4$)

Заключительный этап — это реакция нейтрализации, в которой полученный на первом этапе газообразный аммиак пропускают через раствор серной кислоты, полученной на втором этапе. Реакция является экзотермической.
$2NH_3(г) + H_2SO_4(р-р) \rightarrow (NH_4)_2SO_4(р-р) + Q$

Полученный раствор сульфата аммония затем выпаривают и кристаллизуют для получения твердого удобрения.

Ответ: Метод получения сульфата аммония из азота включает три основных этапа: 1. Синтез аммиака из азота и водорода по процессу Габера-Боша ($N_2 + 3H_2 \rightleftharpoons 2NH_3$). 2. Производство серной кислоты контактным методом (окисление серы до $SO_3$ с последующим получением $H_2SO_4$). 3. Нейтрализация полученной серной кислоты аммиаком с образованием сульфата аммония ($2NH_3 + H_2SO_4 \rightarrow (NH_4)_2SO_4$).