btvn.vn

Ammonia và quá trình Haber

Lưu trên thiết bị này
Nitrogen và Sulfur · Chọn bài khác

Mở đầu

NH₃ tan nhiều trong nước và tạo dung dịch có tính base. Ta nhìn vào cấu tạo trước để giải thích hai tính chất này.

Cấu tạo và tính chất vật lí

Công thức Lewis NH₃ có ba liên kết N–H và một cặp electron riêng trên N; mô hình chóp tam giác với N ở đỉnh, ba H ở đáy.
Công thức Lewis NH₃ có ba liên kết N–H và một cặp electron riêng trên N; mô hình chóp tam giác với N ở đỉnh, ba H ở đáy.
Mở hình lớn
NH₃ là khí không màu, mùi khai, nhẹ hơn không khí và tan rất nhiều trong nước. NH₃ độc, gây kích ứng; không nhận biết bằng cách ngửi trực tiếp. Các liên kết N–H phân cực và phân tử NH₃ có thể tạo liên kết hydrogen, góp phần làm NH₃ tan tốt trong nước.

Kiểm tra nhanh

Trong $\mathrm{NH_3+H_2O\rightleftharpoons NH_4^++OH^-}$, NH₃ đóng vai trò gì?
Chọn một đáp án

Tính base

NH₃ tác dụng với acid tạo muối ammonium: $$\mathrm{NH_3+HCl\rightarrow NH_4Cl}.$$ Dung dịch NH₃ làm quỳ tím ẩm chuyển xanh do cân bằng với nước tạo OH⁻. NH₃ là base yếu nên không coi toàn bộ NH₃ đã chuyển thành NH₄⁺ và OH⁻.

Tính khử

N trong NH₃ có số oxi hóa −3, là mức thấp nhất thường gặp. Vì vậy trong các phản ứng oxi hóa–khử quen thuộc, NH₃ thể hiện tính khử: $$4\mathrm{NH_3}+3\mathrm{O_2}\xrightarrow{t^\circ}2\mathrm{N_2}+6\mathrm{H_2O}.$$ Có xúc tác platinum và nhiệt độ thích hợp: $$4\mathrm{NH_3}+5\mathrm{O_2}\rightarrow4\mathrm{NO}+6\mathrm{H_2O}.$$ Sản phẩm phụ thuộc điều kiện; không dùng một phương trình cho mọi trường hợp.

Quá trình Haber

$$\mathrm{N_2(g)+3H_2(g)\rightleftharpoons2NH_3(g)},\quad\Delta H<0.$$ Điều kiện công nghiệp dung hòa tốc độ và hiệu suất: nhiệt độ khoảng 400–450 °C, áp suất 150–200 bar và xúc tác iron. - Áp suất cao ưu tiên phía có ít mol khí hơn, tức NH₃. - Nhiệt độ thấp thuận lợi cho cân bằng tỏa nhiệt nhưng làm phản ứng chậm; vì vậy chọn nhiệt độ trung gian. - Xúc tác làm đạt cân bằng nhanh hơn, không làm tăng Kc.

Ví dụ mẫu

Ban đầu có 1,0 mol N₂ và 3,0 mol H₂. Nếu 20% N₂ đã chuyển hóa theo phản ứng Haber, đã dùng 0,20 mol N₂ và 0,60 mol H₂, tạo 0,40 mol NH₃. Còn 0,80 mol N₂ và 2,40 mol H₂; tổng khí 3,60 mol, giảm từ 4,00 mol.

Luyện tập

Trong Haber, tác dụng chính của xúc tác iron là gì?
Chọn một đáp án

Ghi nhớ

- NH₃ là base yếu và có tính khử. - Haber dùng áp suất cao, nhiệt độ trung gian và xúc tác để cân bằng giữa tốc độ, hiệu suất và chi phí.

Đang học