Дано:
масса аммиачной селитры (m_NH4NO3) = 32,0 т = 32000 кг
массовая доля основного вещества (w_NH4NO3) = 99,0 % = 0,99
Найти:
минимальную массу азота (m_N), необходимую для производства данной массы аммиачной селитры.
Решение:
1. Сначала найдем массу основного вещества в аммиачной селитре:
m_NH4NO3_active = m_NH4NO3 * w_NH4NO3
m_NH4NO3_active = 32000 кг * 0,99
m_NH4NO3_active = 31680 кг
2. Запишем уравнение реакции для получения аммиачной селитры:
N2 + 3 H2 + O2 → 2 NH4NO3
3. Определим, сколько азота требуется для получения определенного количества аммиачной селитры. Из уравнения видно, что для получения 2 моль NH4NO3 требуется 1 моль N2.
Сначала найдем молярные массы:
- Молярная масса NH4NO3:
M_NH4NO3 = M_N + 4*M_H + M_N + 3*M_O
M_N = 14 г/моль
M_H = 1 г/моль
M_O = 16 г/моль
M_NH4NO3 = 14 + 4*1 + 14 + 3*16
M_NH4NO3 = 14 + 4 + 14 + 48
M_NH4NO3 = 80 г/моль
4. Теперь найдем количество моль NH4NO3, которое соответствует 31680 кг:
n_NH4NO3 = m_NH4NO3_active / M_NH4NO3
n_NH4NO3 = 31680 кг / 0,08 кг/моль (переводим в граммы)
n_NH4NO3 = 31680000 г / 80 г/моль
n_NH4NO3 = 396000 моль
5. Поскольку для получения 2 моль NH4NO3 нужен 1 моль N2, то количество моль N2, необходимое для получения 396000 моль NH4NO3:
n_N2_needed = n_NH4NO3 / 2
n_N2_needed = 396000 моль / 2
n_N2_needed = 198000 моль
6. Теперь найдем массу азота:
m_N = n_N2_needed * 28 г/моль (так как один моль азота состоит из двух атомов)
m_N = 198000 моль * 28 г/моль
m_N = 5544000 г = 5544 кг
Ответ:
Минимальная масса азота, необходимая для производства аммиачной селитры массой 32,0 т, составляет 5544 кг.