дано:
- Годовой выпуск аммиака = 1 000 000 тонн = 1 000 000 000 кг
- Производственные потери = 3 %
найти:
- Объем азота (н. у.) и массу водорода, расходуемого для производства аммиака с учетом потерь.
решение:
Сначала найдем массу аммиака, которая фактически была произведена с учетом потерь.
Фактическая масса аммиака = 1 000 000 000 кг * (1 - 0,03) = 1 000 000 000 кг * 0,97 = 970 000 000 кг
Теперь определим количество молей аммиака, которое было произведено.
Молярная масса аммиака (NH3) = 14 г/моль (N) + 3*1 г/моль (H) = 17 г/моль
Количество молей аммиака:
n(NH3) = масса / молярная масса = 970 000 000 кг / 0,017 кг/моль = 57 058 823 моль
В соответствии с уравнением реакции синтеза аммиака:
N2 + 3H2 -> 2NH3
Для получения 2 моль NH3 требуется 1 моль N2 и 3 моль H2. Следовательно, для 1 моль NH3 требуется:
1/2 моль N2 и 3/2 моль H2.
Теперь найдем количество молей азота и водорода, необходимых для синтеза 57 058 823 моль аммиака:
Количество молей азота:
n(N2) = (1/2) * n(NH3) = (1/2) * 57 058 823 моль = 28 529 411,5 моль
Количество молей водорода:
n(H2) = (3/2) * n(NH3) = (3/2) * 57 058 823 моль = 85 588 235,5 моль
Теперь найдем массы азота и водорода.
Молярные массы:
M(N2) = 28 г/моль
M(H2) = 2 г/моль
Масса азота:
m(N2) = n(N2) * M(N2) = 28 529 411,5 моль * 28 г/моль = 798 823 530 г = 798,82 тонн
Масса водорода:
m(H2) = n(H2) * M(H2) = 85 588 235,5 моль * 2 г/моль = 171 176 471 г = 171,18 тонн
Теперь найдем объем азота при нормальных условиях. Используем формулу:
V = n * R * T / P, где при нормальных условиях R = 8,31 Дж/(моль·К), T = 273,15 K, P = 101 325 Па.
Поскольку мы знаем, что 1 моль газа занимает приблизительно 22,4 л (или 0,0224 м3), можем использовать это значение.
Объем азота:
V(N2) = n(N2) * 22,4 л/моль = 28 529 411,5 моль * 22,4 л/моль ≈ 639 999 999,6 л = 640 000 м³
ответ:
Объем азота, необходимый для производства аммиака, составляет примерно 640 000 м³, а масса расходуемого водорода составляет примерно 171,18 тонн.