Дано:
- Масса аммиака (NH3) = 166 т = 166000 кг
- Массовая доля углерода в коксе = 86,2 %
Найти:
1. Массу кокса, необходимую для получения водорода.
2. Объем воздуха, необходимый для получения азота.
Решение:
1. Определим реакцию для получения водорода из воды и кокса:
C + H2O → CO + H2
CO + H2O → CO2 + H2
Для синтеза аммиака по реакции:
N2 + 3H2 → 2NH3
Из этого уравнения видно, что для получения 2 моль NH3 необходимо 3 моль H2 и 1 моль N2.
2. Найдем количество молей аммиака:
Молярная масса NH3 = 14 (N) + 3 * 1 (H) = 17 г/моль
Количество молей NH3 = масса / молярная масса
Количество молей NH3 = 166000 кг / 0,017 кг/моль ≈ 9741176,47 моль
3. Теперь найдем количество молей H2, необходимых для синтеза указанного количества NH3:
По уравнению, для 2 моль NH3 нужно 3 моль H2.
Необходимое количество молей H2 = (3/2) * количество молей NH3
Необходимое количество молей H2 ≈ (3/2) * 9741176,47 моль = 14611764,71 моль
4. Рассчитаем массу кокса, необходимую для получения этого количества H2.
Из уравнения видно, что 1 моль углерода дает 1 моль H2. Значит, понадобится такое же количество молей углерода, сколько молей водорода:
Необходимое количество молей C = 14611764,71 моль
5. Теперь найдём массу кокса. Углерод составляет 86,2 % от массы кокса. Масса углерода = массовая доля углерода * масса кокса:
Масса C = (массовая доля углерода / 100) * масса кокса
Масса кокса = масса C / (массовая доля углерода / 100)
Масса кокса = 12 г/моль (C) * 14611764,71 моль / (86,2 / 100)
Масса кокса ≈ 2042395,88 г = 2042,40 кг
6. Теперь рассчитаем объем воздуха, необходимый для получения N2. Из 1 моль N2 можно получить из атмосферы, которая состоит на 79 % из N2.
7. Найдём количество молей N2, необходимое для реакции:
Для каждого 2 моль NH3 требуется 1 моль N2.
Необходимое количество молей N2 = (1/2) * количество молей NH3 ≈ (1/2) * 9741176,47 моль = 4870588,24 моль
8. Теперь найдём объем воздуха, необходимый для получения этого количества N2:
Объем 1 моль газа при н.у. = 22,4 дм3.
Объем N2 = количество молей N2 * 22,4 дм3/моль
Объем N2 ≈ 4870588,24 моль * 22,4 дм3/моль ≈ 109000000 дм3
Поскольку воздух состоит на 79 % из N2, общий объем воздуха будет:
Объем воздуха = Объем N2 / 0,79 ≈ 109000000 дм3 / 0,79 ≈ 138750000 дм3
Ответ:
1. Масса кокса, необходимая для получения водорода, составляет примерно 2042,40 кг.
2. Объем воздуха, необходимый для получения азота, составляет примерно 138750000 дм3.