Номер 2, страница 87 - гдз по химии 11 класс рабочая тетрадь Габриелян, Сладков

2. Заполните таблицу.

Производство аммиака и метанола

Стадии производства, аппараты

Аммиак

Метанол

1) Подготовка сырья. Подвод реагирующих веществ в зону реакции происходит с помощью

В двух производствах в качестве сырья используют природный

2) Химический процесс проходит в главном аппарате производства —

Производство основано на двух химических реакциях:

Стадии производства, аппараты

Аммиак

Метанол

3) Подбор оптимальных условий (в том числе катализаторов, температуры, давления) исходя из классификационной характеристики реакций

4) Отвод продуктов и непрореагировавших веществ из зоны реакции производят через холодильник с последующим разделением в

Газовая смесь состоит из непрореагировавших веществ и продукта

Сравните два химических производства и сделайте вывод, чем похожи синтез аммиака и метанола.

1) Подготовка сырья. Подвод реагирующих веществ в зону реакции происходит с помощью

Аммиак: В двух производствах в качестве сырья используют природный газ. Подвод реагирующих веществ (азотоводородной смеси) в зону реакции происходит с помощью турбокомпрессора.

Метанол: В двух производствах в качестве сырья используют природный газ. Подвод реагирующих веществ (синтез-газа) в зону реакции происходит с помощью турбокомпрессора.

Ответ: В обоих производствах в качестве основного сырья используется природный газ, из которого получают реагенты. Подача газообразных реагентов в зону реакции осуществляется с помощью турбокомпрессора для создания необходимого давления.

2) Химический процесс проходит в главном аппарате производства —

Аммиак: Производство основано на химической реакции: $N_2(г) + 3H_2(г) \rightleftharpoons 2NH_3(г) + Q$. Химический процесс проходит в главном аппарате производства — колонне синтеза.

Метанол: Производство основано на двух химических реакциях: $CO(г) + 2H_2(г) \rightleftharpoons CH_3OH(г) + Q$ и $CO_2(г) + 3H_2(г) \rightleftharpoons CH_3OH(г) + H_2O(г) + Q$. Химический процесс проходит в главном аппарате производства — колонне синтеза.

Ответ: Главным аппаратом в обоих производствах является колонна синтеза. Синтез аммиака основан на реакции азота и водорода, а синтез метанола — на реакциях оксида углерода(II) и оксида углерода(IV) с водородом.

3) Подбор оптимальных условий (в том числе катализаторов, температуры, давления) исходя из классификационной характеристики реакций

Аммиак: Реакция является обратимой, экзотермической, каталитической, гетерогенной и протекает с уменьшением объема. Оптимальные условия: температура $400-500^{\circ}C$, давление $15-35 \text{ МПа}$, катализатор — пористое железо с активаторами ($Al_2O_3, K_2O$).

Метанол: Реакция является обратимой, экзотермической, каталитической, гетерогенной и протекает с уменьшением объема. Оптимальные условия: температура $250-300^{\circ}C$, давление $5-10 \text{ МПа}$, катализатор — на основе оксидов цинка, меди и алюминия ($ZnO, CuO, Al_2O_3$).

Ответ: Обе реакции синтеза являются обратимыми, экзотермическими, каталитическими и протекают с уменьшением объема, что определяет выбор условий (высокое давление, умеренная температура). Для аммиака: $T=400-500^{\circ}C, P=15-35 \text{ МПа}$, катализатор Fe. Для метанола: $T=250-300^{\circ}C, P=5-10 \text{ МПа}$, катализатор $Cu/ZnO/Al_2O_3$.

4) Отвод продуктов и непрореагировавших веществ из зоны реакции производят через холодильник с последующим разделением в

Аммиак: Газовая смесь состоит из непрореагировавших веществ ($N_2, H_2$) и продукта ($NH_3$). Отвод смеси из зоны реакции производят через холодильник с последующим разделением в сепараторе путем конденсации аммиака.

Метанол: Газовая смесь состоит из непрореагировавших веществ ($CO, H_2$) и продукта ($CH_3OH$). Отвод смеси из зоны реакции производят через холодильник с последующим разделением в сепараторе путем конденсации метанола.

Ответ: В обоих случаях отвод продуктов и непрореагировавших веществ осуществляют охлаждением смеси в холодильнике с последующим разделением жидкого продукта и газообразных реагентов в сепараторе.

Сравните два химических производства и сделайте вывод, чем похожи синтез аммиака и метанола.

Синтез аммиака и метанола являются схожими крупнотоннажными химическими производствами. Их сходство заключается в общих научных принципах: оба процесса основаны на принципе смещения химического равновесия (принцип Ле Шателье) для обратимых, экзотермических реакций, идущих с уменьшением объема, что требует использования высокого давления, умеренной температуры и катализатора. Тип реакции в обоих случаях – гетерогенный катализ. Оба производства часто используют природный газ как основное сырье для получения реагентов. Технологическая схема также схожа и включает стадии подготовки и сжатия газов, синтез в колонне, охлаждение и конденсацию продукта, сепарацию и рециркуляцию (принцип циркуляции) непрореагировавших газов для увеличения общего выхода.

Ответ: Синтезы аммиака и метанола схожи по основным химико-технологическим принципам: оба основаны на обратимых каталитических экзотермических реакциях с уменьшением объема, используют природный газ как сырье и реализуют схожую технологическую схему с рециркуляцией реагентов.