Question

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。

（1）合成氨生产过程中氨的产率为60%，假设其他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为多少千克？

（2）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。

（3）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为多少千克？

（注：产率=×100%）

Answer 1

（1）192 kg  （2）1∶10  （3）227.6 kg

解析：（1）CH₄+2H₂OCO₂+4H₂

3H₂+N₂2NH₃

2NH₃+CO₂====CO（NH₂）₂+H₂O

CH₄：=4 000 mol

CH₄～4H₂～8/3NH₃

合成氨的物质的量为：4 000 mol×8/3×60%=6 400 mol

2NH₃～CO（NH₂）₂

生产尿素的质量为：

6 400 mol×1/2×60 g·mol^-1=192 000 g=192 kg

（2）4NH₃+5O₂4NO+6H₂O

2NO+O₂====2NO₂

3NO₂+2H₂O====2HNO₃+NO

氨中氮元素全部转化为HNO₃，则5NH₃～10O₂

V（NH₃）∶V（空气）=5∶10/20%=1∶10

（3）NH₃+HNO₃====NH₄NO₃

设用于生产硝酸的氨的物质的量为x

6 400 mol-x=x·80%  x=3 555.6 mol

NH₄NO₃的质量为3 555.6 mol×80%×80 g·mol^-1=227 558.4 g=227.6 kg