Номер 12, страница 314 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 7. Неметаллы. Параграф 44. Аммиак. Соли аммония - номер 12, страница 314.

Условие.

12. В основе цианамидного способа получения аммиака — реакция азота с карбидом кальция при температуре 1000 °С и последующее разложение получившегося соединения водяным паром. Запишите уравнения этих реакций и оцените экономическую эффективность получения аммиака с помощью цианамидного метода.

Решение.

Решение 2.

Уравнения реакций

Цианамидный способ получения аммиака включает в себя две основные стадии.

1. Взаимодействие карбида кальция с азотом при высокой температуре (около 1000 °C) с образованием цианамида кальция и углерода (сажи):

$CaC_2 + N_2 \xrightarrow{1000~^\circ C} CaCN_2 + C$

2. Последующее разложение цианамида кальция перегретым водяным паром, в результате чего образуется аммиак и карбонат кальция:

$CaCN_2 + 3H_2O \xrightarrow{t} 2NH_3 \uparrow + CaCO_3 \downarrow$

Ответ: Уравнения реакций: $CaC_2 + N_2 \rightarrow CaCN_2 + C$; $CaCN_2 + 3H_2O \rightarrow 2NH_3 + CaCO_3$.

Экономическая эффективность

Цианамидный метод получения аммиака в настоящее время считается экономически неэффективным и практически не используется для промышленного производства аммиака. Его вытеснил более совершенный процесс Габера-Боша (прямой синтез из азота и водорода).

Основные причины низкой экономической эффективности:

• Высокие энергозатраты. Процесс требует очень высоких температур: около 2000-2200 °C для получения карбида кальция из кокса и извести и около 1000 °C для реакции карбида с азотом. Это делает метод чрезвычайно энергоемким.
• Многостадийность. Процесс состоит из нескольких стадий (получение карбида кальция, его реакция с азотом, гидролиз цианамида), что усложняет технологическую схему и увеличивает капитальные затраты по сравнению с одностадийным синтезом в процессе Габера-Боша.
• Образование твердых побочных продуктов. На каждой стадии образуются твердые вещества (углерод, карбонат кальция), что требует дополнительных операций по их отделению и утилизации.
• Высокая стоимость исходного сырья. Хотя сырье для получения карбида кальция (известняк и кокс) доступно, его превращение в карбид является дорогостоящим из-за огромных затрат электроэнергии.

Современный метод Габера-Боша ($N_2 + 3H_2 \rightleftharpoons 2NH_3$) значительно более эффективен, так как является каталитическим, непрерывным, протекает при более низких температурах (400-500 °C) и позволяет организовать рецикл непрореагировавших газов, достигая высокого выхода конечного продукта с меньшими энергозатратами.

Ответ: Цианамидный метод экономически неэффективен из-за высоких энергозатрат, многостадийности и сложности технологического процесса. В современной промышленности он вытеснен процессом Габера-Боша.