Номер 3, страница 88 - гдз по химии 11 класс рабочая тетрадь Габриелян, Сладков

Часть I. Химическая технология. Производство аммиака и метанола. Глава IV. Химия и современное общество - номер 3, страница 88.

Условие.

3. Научные принципы производств аммиака и метанола:

1) □□□□□□□□ —

2) □□□□□□□□ —

3) выбор оптимальных условий, т. е.

Решение.

Решение 2.

1) Равновесие — создание условий для максимального смещения химического равновесия в сторону образования целевых продуктов. Синтезы аммиака и метанола являются обратимыми, экзотермическими и протекают с уменьшением объёма газов:
Аммиак: $N_2(г) + 3H_2(г) \rightleftharpoons 2NH_3(г) + Q$
Метанол: $CO(г) + 2H_2(г) \rightleftharpoons CH_3OH(г) + Q$
В соответствии с принципом Ле Шателье, для увеличения выхода продуктов необходимо:
• Повышение давления: смещает равновесие вправо, в сторону меньшего числа моль газов.
• Понижение температуры: смещает равновесие вправо, в сторону выделения тепла (экзотермической реакции).
• Удаление продукта: постоянное выведение аммиака или метанола из реакционной смеси также сдвигает равновесие вправо.

Ответ: Равновесие — целенаправленное смещение химического равновесия в сторону продуктов реакции путем изменения давления, температуры и концентрации веществ.

2) Скорость — обеспечение достаточно высокой скорости реакции для экономической рентабельности производства. Хотя низкая температура выгодна для равновесного выхода, она приводит к очень низкой скорости процесса. Поэтому для увеличения скорости применяют следующие меры:
• Использование катализаторов: они значительно ускоряют достижение равновесия, не влияя на его положение. Для синтеза аммиака используется пористое железо с промоторами, для метанола — катализатор на основе оксидов меди и цинка.
• Повышение температуры: реакцию проводят при оптимальной, компромиссной температуре, которая обеспечивает достаточную скорость при приемлемом равновесном выходе.
• Высокое давление: увеличивает концентрацию реагирующих газов, что, в свою очередь, повышает скорость реакции.

Ответ: Скорость — увеличение скорости реакции до экономически целесообразного уровня с помощью катализаторов, оптимальной температуры и высокого давления.

3) выбор оптимальных условий, т. е. — нахождение такого сочетания технологических параметров и инженерных решений, которое обеспечивает максимальную экономическую эффективность всего производственного процесса. Это достигается за счет:
• Компромиссных условий: подбираются такие температура и давление, которые являются компромиссом между требованиями термодинамики (высокий выход) и кинетики (высокая скорость). Для синтеза аммиака это $T \approx 400-500^\circ\text{C}$ и $P \approx 15-35 \text{ МПа}$; для синтеза метанола — $T \approx 200-300^\circ\text{C}$ и $P \approx 5-10 \text{ МПа}$.
• Принципа циркуляции (рецикла): так как за один проход через реактор превращается лишь часть реагентов, непрореагировавшие газы отделяют от продукта и возвращают обратно в цикл. Это позволяет достичь почти 100% использования сырья.
• Принципа теплообмена: теплота, выделяющаяся в ходе экзотермических реакций, используется для подогрева поступающих в реактор холодных реагентов, что существенно снижает затраты энергии.

Ответ: выбор оптимальных условий, т. е. нахождение компромисса между термодинамическими и кинетическими факторами, а также реализация принципов циркуляции и теплообмена для достижения общей экономической эффективности производства.