Номер 6, страница 70 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава II. Химические реакции. Параграф 12. Обратимость химических реакций. Химическое равновесие и способы его смещения. Примените свои знания - номер 6, страница 70.

Условие.

6. Как поступают с непрореагировавшими азотом и водородом в процессе химического производства аммиака?

Решение.

Решение 2.

Процесс химического производства аммиака, известный как процесс Габера-Боша, основан на обратимой реакции между азотом и водородом:

$N_2(г) + 3H_2(г) \rightleftharpoons 2NH_3(г) + Q$

Поскольку реакция является обратимой, даже при оптимальных условиях (высокое давление, умеренная температура и наличие катализатора) за один проход через реактор (колонну синтеза) в реакцию вступает только часть исходных веществ. Выход аммиака за один цикл обычно составляет 15-25%.

Газовая смесь, покидающая колонну синтеза, содержит не только целевой продукт — аммиак ($NH_3$), но и значительное количество непрореагировавших исходных газов — азота ($N_2$) и водорода ($H_2$).

Для разделения продуктов и реагентов эту смесь охлаждают. Аммиак, имея значительно более высокую температуру кипения (-33,4 °C) по сравнению с азотом (-195,8 °C) и водородом (-252,9 °C), при охлаждении и высоком давлении сжижается. Жидкий аммиак отделяют от газовой фазы в сепараторе.

Оставшуюся газовую смесь, состоящую из непрореагировавших азота и водорода, не выбрасывают, а возвращают обратно в технологический цикл. Этот процесс называется циркуляцией или рециркуляцией. Газы с помощью циркуляционного компрессора снова сжимают, смешивают со свежей порцией азотоводородной смеси и подают на вход в колонну синтеза.

Такой замкнутый цикл позволяет многократно использовать непрореагировавшие реагенты, что значительно повышает общую эффективность и экономическую целесообразность производства. Благодаря принципу циркуляции итоговый выход аммиака достигает 98% и более от теоретически возможного.

Ответ: Непрореагировавшие азот и водород после отделения от полученного аммиака (путем его сжижения) возвращают обратно в реактор (колонну синтеза) для дальнейшего участия в реакции. Этот процесс называется циркуляцией и позволяет добиться почти полного превращения исходных реагентов в продукт.