химический каталог




Химия. 2400 задач для школьников и поступающих в вузы

Автор Н.Е.Кузьменко, В.В.Еремин

ферного азота на железном катализаторе. Первый завод по производству аммиака этим методом использовал водород, который получали электролизом воды. Впоследствии водород стали получать из воды путем восстановления коксом. Такой способ получения водорода намного экономичнее. На рис. 20.1 видно, как стремительно стало расти производство аммиака после открытия Ф. Габера; это неудивительно, поскольку огромные количества аммиака необходимы для получения азотсодержащих удобрений. На их изготовление расходуется приблизительно 80% всего получаемого в мире аммиака. Вместе с азотсодержащими удобрениями в почву вносится в растворимой форме азот, в котором нуждается большинство растений. Остальные ~ 20% производимого аммиака используются для получения полимеров, взрывчатых веществ, красителей и других продуктов.

Современный процесс получения аммиака основан на его синтезе из азота и водорода при температурах 400—500 °С и давлениях 250—350 атм с использованием специального катализатора:

(20.1)

N2 + ЗН2 ^ 2NH3 + 45,9 кДж.

Возникают вопросы: 1) Почему обратимая реакция (20.1) проводится при указанных выше условиях? 2) Откуда берутся N2 и Н2? 3) Каков выход обратимой реакции?

Чтобы ответить на эти вопросы, мы специально посвятим § 20.1 анализу работы основных стадий современного аммиачного завода. Такой анализ облегчит понимание промышленного производства и всех других неорганических веществ, рассмотренных далее в § 20.2 (серная и азотная кислоты, щелочи, сода, чугуны и стали и т. д.).

2400 задач по химии для школьников и поступающих в вузы 257

Глава 20. Промышленное получение важнейших неорганических веществ

Работа современного аммиачного завода очень сложна. Это утверждение кажется удивительным, если «ориентироваться» только лишь на достаточно просто выглядящее уравнение реакции (20.1), являющееся основой синтеза аммиака. Однако утверждение о сложности промышленного синтеза аммиака не покажется нам чрезмерным уже после первого ознакомления даже с упрощенной схемой действия аммиачного завода, работающего на природном газе (рис. 20.2).

Природный газ (сН4У-|>-ПП Десульфуратор

СН4 + НгО + воздух

? I

СО + Н, + N,

. . Реакция „ 1) Fe,o4,400 °с

4 I .сдеига. С0 + Н20 2) ^т .с >С02 + Н2

Удаление СО,

Т~| Конверсия оксида rf)

углерода в метан ин4

(следы)

Сжатие

25 атм —* 200 атм

Naf 3N2 Жидкий

Цикл синтеза аммиака ^ (КН]

|-^*| Цикл синтеза аммиака;

Ng + 3N2

Каталитический конвертор

380—450 °С, 250 атм Жидкий

Непрореаги-ровавшие N,HH,

Т

Рекомендуемая литература: [Куэьменко, ФКК, 1998, гл. 5, 10, 11, § 14.3], ГФримантл, т. 1, гл. 7; т. 2, гл. 12.1, 13.3, 14.3, 15.1, 15.3, 16.3].

Конденсатор

1В 1919 г. Ф. Габер получил Нобелевскую премию по химии. После прихода Гитлера к власти Габер был вынужден эмигрировать из Германии в 1933 г.

Рис. 20.2. Стадии промышленного процесса получения аммиака

258 2400 задач по химии для школьников и поступающих в вузы 2. Неорганическая химия

§ 20.1. Типовые задачи с решениями

Типичные технологические приемы промышленного получения веществ на примере синтеза аммиака

Задача 20-1. Первая стадия в процессе синтеза аммиака включает десульфуратор (см. рис. 20.2). Обоснуйте необходимость этой стадии.

Решение. Десульфуратор — техническое устройство по удалению серы из природного газа. Это совершенно необходимая стадия, поскольку сера представляет собой каталитический яд и «отравляет» никелевый катализатор на последующей стадии получения водорода.

Задача 20-2. Вторая стадия промышленного синтеза аммиака (рис. 20.2) предполагает конверсию метана. Напишите уравнение конверсии метана (промышленное получение водорода) и укажите условия ее протекания.

(20.2)

Решение. Конверсия метана — это обратимая реакция получения водорода при 700—800 °С и давлении 30—40 атм с помощью никелевого катализатора при смешивании метана с парами воды:

СН. + Н,0 ^ СО + ЗН„

Задача 20-3. Образовавшийся по реакции (20.2) водород, казалось бы, уже можно использовать для синтеза NH3 по реакции (20.1) — для этого необходимо запустить в реактор воздух, содержащий азот. Так и поступают на стадии (3) (см. рис. 20.2), однако при этом на этой стадии происходят другие процессы. Обоснуйте стадию (3).

Решение. При впуске воздуха происходит частичное сгорание водорода в кислороде воздуха:

В результате на этой стадии получается смесь водяного пара, оксида углерода (II) и азота. Водяной пар, в свою очередь, восстанавливается снова с образованием водорода, как на второй стадии по реакции (20.2).

Таким образом, после первых трех стадий имеется смесь водорода, азота и нежелательного оксида углерода (II).

Задача 20-4. На схеме 20.2 стадия (4) обозначена как реакция «сдвига», но при двух температурных режимах и разных катализаторах. Какие цели преследуются на этой стадии?

2400 задач по химии для школьников и поступающих в вузы 259 Глава 20. Промышленное получение важнейших неорганических веществ

(20.3)

Решение. Окисление СО, образующегося на двух предыдущ

страница 64
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134

Скачать книгу "Химия. 2400 задач для школьников и поступающих в вузы" (10Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [прайс-листы]  [форум]  [обратная связь]

 

 

Реклама
печь для отопления на дизельном топливе
линзы clear 55 купить курская
ванна чугунная купить
ревматоидный фактор цена анализа

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(08.12.2016)