Dựa vào nguyên lí chuyển dịch cân bằng Le Chatelier, hãy cho biết để tăng hiệu suất

Giải Hóa 11 Bài 4: Ammonia và một số hợp chất ammonium

Câu hỏi thảo luận 7 trang 26 Hóa học 11:Dựa vào nguyên lí chuyển dịch cân bằng Le Chatelier, hãy cho biết để tăng hiệu suất tổng hợp NH₃, cần điều chỉnh nhiệt độ và áp suất như thế nào. Điều đó có gây trở ngại gì cho phản ứng tổng hợp NH₃trên thực tế hay không? Vì sao?

Lời giải:

N₂(g) + 3H₂(g) $\stackrel{t°,xt,p}{\rightleftharpoons }$ 2NH₃(g)    ${∆}_r{H}_{298}^0=-91,8kJ$

- ${∆}_r{H}_{298}^0=-91,8kJ$ < 0 phản ứng thuận toả nhiệt. Tuy nhiên, khi thực hiện phản ứng ở nhiệt độ quá thấp thì tốc độ của phản ứng nhỏ, phản ứng diễn ra chậm. Thực tế, người ta đã chọn nhiệt độ phù hợp, khoảng 380 ^oC – 450 ^oC.

- Khi tăng áp suất, cân bằng chuyển dịch theo chiều làm giảm số mol khí tức chiều thuận. Do đó phản ứng tổng hợp ammonia diễn ra ở áp suất cao, trong thực tế phản ứng này diễn ra ở 200 bar mà không thực hiện ở áp suất cao hơn. Điều này được giải thích như sau:

Khi thực hiện ở áp suất cao sẽ thu được nồng độ NH₃tại thời điểm cân bằng lớn, tuy nhiên khi tăng áp suất thìsự tăng nồng độ NH₃không tăng nhanh chỉ tăng chậm. Ngoài ra, khi tăng áp suất thìtiêu tốn năng lượng và yêu cầu thiết bị phải chịu được áp suất cao, do đó phảitính toán chính xác khi tăng áp suất để mang lại hiệu quả kinh tế cao nhất. Thực tế chứng minhquá trình sản xuất NH₃được thực hiện ở áp suất 150 – 200 bar đem lại hiệu quả cao nhất.