Question

25．以天然气为原料合成氨是新的生产氮肥的方法，它具有污染小、成本低等诸多特点，其过程大体如下：

    某工厂以标准状况下的含CH₄ 89.6%的天然气100 m³为原料经过上述过程，生产尿素和硝酸铵。

⑴ 合成氨生产过程中氨的产率为60%，假设其它各步反应均完全且不考虑副反应，求100 m³的天然气可生产尿素的质量。

⑵ 为使硝酸生产过程中不再补充空气，假设各步反应均完全且氨中氮元素全部转化为HNO₃，空气中氧气的体积分数设为20%，求由氨气和空气组成的原料气中 (不包含被硝酸吸收的氨气)氨气与空气的体积比。

⑶ 实际生产中，若氨的产率为60%，硝酸的产率为80%，求100 m³的天然气最多可生产硝酸铵的质量。

(注：产率=×100%)

Answer 1

(1) 192 kg

(2) 1∶10 

(3) 227.6 kg  (2分)

解析:

(1)CH₄ +2H₂OCO₂ +4H₂     3H₂ +N₂2NH₃    2NH₃ +CO₂ ==CO(NH₂)₂ +H₂O

CH₄： =4000 mol

CH₄ ～4H₂ ～8/3 NH₃ 

合成氨的物质的量为：4000 mol ×8/3×60%=6400 mol  (3分)

2NH₃ ～CO(NH₂)₂ 

生产尿素的质量为：

6400 mol×1/2×60 g/mol= 192000 g =192 kg  (2分)

(2) 4NH₃ +5O₂ 4NO + 6H₂O   2NO + O₂ =2NO₂    3NO₂ +2 H₂O =2HNO₃ +NO

氨中氮元素全部转化为HNO₃ ，则5NH₃ ～10 O₂

V(NH₃ )∶V(空气)=5∶10/20%==1∶10  (3分)

(3)NH₃ + HNO₃ =NH₄NO₃

设用于生产硝酸的氨的物质的量为x

6400 mol－x == x×80%     x=3555.6 mol

NH₄NO₃ 的质量为 3555.6 mol×80%×80 g/mol = 227558.4 g ==227.6 kg  (2分)