Промышленные процессы: скорость, равновесие и ресурсы
На примере синтеза аммиака и получения серной кислоты увидим, как химические закономерности определяют выбор технологических условий.
Чему научимся
- Объяснять компромисс температуры и равновесного выхода
- Описывать основные химические стадии производства
- Рассчитывать количество продукта с учётом выхода
Разбираемся в теме
Синтез аммиака
В процессе синтеза аммиака N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃ используют повышенное давление, умеренно высокую температуру и железный катализатор. Повышение давления благоприятствует продукту с меньшим числом молей газа. Понижение температуры выгодно равновесию экзотермической реакции, но замедляет взаимодействие.
Технология сочетает скорость и выход: аммиак отделяют охлаждением, а непрореагировавшие газы возвращают в цикл. Катализатор ускоряет реакцию, но не заменяет влияние давления и температуры на равновесие. Реальная установка также требует очистки сырья, теплообмена и контроля безопасности, поэтому одно уравнение не описывает весь процесс.
Контактное производство и эффективность
Ключевая стадия контактного процесса получения серной кислоты — 2SO₂ + O₂ ⇌ 2SO₃ на катализаторе на основе V₂O₅ при контролируемой температуре. Для окисления важны очистка газов и теплообмен. Полученный SO₃ промышленно поглощают концентрированной кислотой с получением олеума, который затем контролируемо разбавляют.
Прямое взаимодействие SO₃ с водой сильно экзотермично и образует трудноулавливаемый кислотный туман, поэтому простая школьная сумма SO₃ + H₂O → H₂SO₄ не является инструкцией промышленного поглощения. Эффективность оценивают по выходу, затратам энергии, возврату сырья и очистке выбросов, а не только по массе готового продукта.
Разобранные примеры
Из 28 кг N₂ при избытке H₂ получают аммиак с выходом 85 %. Найдите массу NH₃. M(N₂)=28, M(NH₃)=17 г/моль.
- 28 кг N₂ = 28 000 г; n(N₂) = 28 000/28 = 1000 моль.
- По N₂ + 3H₂ → 2NH₃ теоретически образуется 2000 моль NH₃, то есть 34 000 г = 34 кг.
- Практическая масса m = 34 кг × 0,85 = 28,9 кг при указанном выходе.
Ответ. Масса полученного аммиака составляет 28,9 кг.
Попробуй самостоятельно
Запишите своё решение, затем сравните его с разбором. Развёрнутые ответы автоматически не оцениваются.
Открываем задания…
Самопроверка
Закрепление материала
Мини-тест
Выберите ответ на каждый вопрос. Объяснения откроются после проверки.
Открываем мини-тест…
Словарь урока
- Рецикл
- Возврат непрореагировавшего сырья или потока в технологический процесс.
- Контактный процесс
- Промышленная схема получения серной кислоты через каталитическое окисление SO₂.
- Ограничивающий реагент
- Реагент, количество которого задаёт стехиометрический максимум продукта.
Связь с программой
Тема: промышленные процессы. Раздел: Элементы, производство и экология.
- ФРП СОО «Химия», базовый уровень, 10–11 классы ↗Единое содержание общего образованияПроверенная копия программы ↗Страницы PDF: 24, 45, 58
Содержание базового курса сверено с программой 12 октября 2026 г. Источники программы описывают содержание школьного курса химии; объяснения, примеры и задания — авторские материалы Умблика. Последовательность школьных занятий и актуальные требования уточняет учитель в рабочей программе.
Твой маршрут
Общая и неорганическая химия