Đề bài

Một nhà máy sản xuất urea sử dụng quy trình Haber-Bosch : N₂(g) + 3H₂(g) → 2NH₃(g) để sản xuất ammonia. Giai đoạn sản xuất khí hydrogen bằng phản ứng của khí methane (CH₄) và hơi nước (H₂O) được thực hiện theo phương trình hóa học (1) như sau:

CH₄(g) + H₂O(g) → CO(g) + 3H₂(g) (1)

Phản ứng (1) là phản ứng thu nhiệt mạnh. Lượng nhiệt này được cung cấp từ quá trình đốt cháy khí methane theo phương trình hóa học (2):

CH₄(g) + 2O₂(g) → CO₂(g) + 2H₂O (g) (2)

Xét các phản ứng ở điều kiện chuẩn và hiệu suất chuyển hóa của methane đều là là 95%. Tính khối lượng khí methane (theo tấn, làm tròn đến hàng phần trăm) cần thiết để sản xuất 1,00 tấn NH₃(g) trong giai đoạn trên. Biết 80% lượng nhiệt tỏa ra từ phản ứng (2) được cung cấp cho phản ứng (1) và các giá trị nhiệt tạo thành (\({\Delta _{\rm{f}}}{\rm{H}}_{{\rm{298}}}^{\rm{o}}\)) của các chất ở điều kiện chuẩn được cho trong bảng sau:

Chất	CH4 (g)	CO2 (g)	CO(g)	H2O (g)	NH3 (g)
\({\Delta _{\rm{f}}}{\rm{H}}_{{\rm{298}}}^{\rm{o}}\) (kJ mol⁻¹)	-74,6	-393,5	-110,5	-241,8	-45,9

• A. 1
• B. 0,7
• C. 0,9
• D. 0,66

Lời giải của GV Loigiaihay.com

Bước 1: Tính ΔH°₂₉₈ của phản ứng (1) và (2)

\({\Delta _{\rm{r}}}{\rm{H}}_{{\rm{298}}}^{\rm{o}}\) (1) = \({\Delta _{\rm{f}}}{\rm{H}}_{{\rm{298}}}^{\rm{o}}\) (CO) + 3\({\Delta _{\rm{f}}}{\rm{H}}_{{\rm{298}}}^{\rm{o}}\) (H₂) - \({\Delta _{\rm{f}}}{\rm{H}}_{{\rm{298}}}^{\rm{o}}\) (CH₄ - \({\Delta _{\rm{f}}}{\rm{H}}_{{\rm{298}}}^{\rm{o}}\) (H₂O)

= -110,5 + 3. 0 - (-74,6) - (-241,8) = 205,9 kJ

\({\Delta _{\rm{r}}}{\rm{H}}_{{\rm{298}}}^{\rm{o}}\) (2) = \({\Delta _{\rm{f}}}{\rm{H}}_{{\rm{298}}}^{\rm{o}}\) (CO₂) + 2\({\Delta _{\rm{f}}}{\rm{H}}_{{\rm{298}}}^{\rm{o}}\) (H₂O) - \({\Delta _{\rm{f}}}{\rm{H}}_{{\rm{298}}}^{\rm{o}}\)(CH₄) - 2\({\Delta _{\rm{f}}}{\rm{H}}_{{\rm{298}}}^{\rm{o}}\)(O₂)

= -393,5 + 2. (-241,8) - (-74,6) – 2.0 = -802,5 kJ mol⁻¹

Phản ứng (1) ta có:

Khối lượng tấn xem như gam.

\({{\rm{n}}_{{\rm{N}}{{\rm{H}}_{\rm{3}}}}}\)= \(\frac{1}{{17}}\)mol

 Cứ oxi hóa mol CH₄  cần 205,9 kJ.

Vậy \(\frac{{1.100}}{{34.95}}\)mol CH₄  thì cần \(\frac{{1.100}}{{34.95}}\).205,9.= \(\frac{{2059}}{{323}}\)kJ

Phản ứng (2)

(2) CH₄(g) + 2O₂(g) → CO₂(g) + 2H₂O (g)

Nhiệt do phản ứng (2) cung cấp cho phản ứng (1) là: \( = 802,5.\frac{{80}}{{100}} = 642{\rm{ }}kJ\) khi đốt cháy 1 mol CH₄

Vậy để cấp \(\frac{{2059}}{{323}}\)kJ thì cần \(\frac{{\frac{{2059}}{{323}}}}{{642}}\) . \(\frac{{100}}{{95}}\)mol CH₄

Vậy khối lượng CH₄ là: \(\left( {\frac{1}{{34}} + {\rm{ }}\frac{{\frac{{2059}}{{323}}}}{{642}}} \right).16\).\(\frac{{100}}{{95}}\)= 0,66 tấn

Đáp án : D