Номер 6, страница 223 - гдз по химии 11 класс учебник Кузнецова, Левкин

Вопросы и задания. Параграф 28. Современное химическое производство. Глово 7. Химия в нашей жизни - номер 6, страница 223.

Условие.

6. Почему при разрыве корпуса колонны синтеза происходили взрывы газовой смеси?

Решение.

Решение 2.

6. Взрывы газовой смеси при разрыве корпуса колонны синтеза происходили из-за совокупности нескольких критических факторов, которые одновременно создавали все условия, необходимые для мощного химического взрыва: наличие горючего, окислителя и источника зажигания.

1. Наличие горючего и окислителя.
Внутри колонны синтеза, например, при производстве аммиака (процесс Габера-Боша), находится азотоводородная газовая смесь. Ключевым горючим компонентом этой смеси является водород ($H_2$), который чрезвычайно взрывоопасен при смешивании с воздухом. Процесс протекает при огромном давлении (от 150 до 350 атмосфер и выше). При разрыве корпуса (разгерметизации) эта сжатая газовая смесь мгновенно выбрасывается в окружающее пространство, где смешивается с окислителем — кислородом ($O_2$) из атмосферного воздуха. В результате образуется большой объем взрывоопасной водородо-воздушной смеси (гремучего газа). Реакция горения водорода является сильно экзотермической (с выделением большого количества тепла):
$2H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O$

2. Наличие источника воспламенения.
В момент аварии практически гарантированно возникает мощный источник зажигания, причём сразу из нескольких возможных:

а) Высокая температура самой смеси. Процессы синтеза проводятся при очень высоких температурах (например, для синтеза аммиака это 400–500 °C). Эта температура равна или превышает температуру самовоспламенения водорода в воздухе (около 500 °C). Таким образом, горячая смесь, вырываясь из колонны, способна воспламениться просто от контакта с кислородом воздуха.

б) Искры от разрушения металла. Разрыв толстостенного металлического корпуса под действием колоссального внутреннего давления — это мощный механический процесс, сопровождающийся трением и ударами разлетающихся частей. Это неизбежно порождает искры, обладающие достаточной энергией для поджигания взрывоопасной смеси.

в) Пирофорность катализатора. Катализатор, используемый в процессе (часто на основе железа), в своем активном, восстановленном состоянии является пирофорным — то есть способным к самовоспламенению при контакте с воздухом. Раскаленные частицы катализатора, выброшенные из колонны вместе с потоком газа, также служат надежным источником зажигания.

Таким образом, разрыв корпуса колонны синтеза создавал идеальные условия для катастрофы: мгновенный выброс и смешивание горючего (водород) и окислителя (кислород воздуха) с одновременным появлением мощнейшего источника воспламенения.

Ответ: Взрывы при разрыве корпуса колонны синтеза происходили потому, что находящаяся внутри под огромным давлением и при высокой температуре газовая смесь, содержащая взрывоопасный водород, мгновенно выбрасывалась в атмосферу. Она смешивалась с кислородом воздуха, образуя гремучий газ, который немедленно воспламенялся от собственной высокой температуры, от искр при разрушении металла или от контакта с раскаленным пирофорным катализатором.