Реакция в масштабе производства
Производство должно сочетать скорость, выход, расход энергии и очистку. Рассмотрим синтез аммиака и серной кислоты, отличая теоретический расчёт от реального результата.
Чему научимся
- Объяснять выбор технологических условий
- Различать теоретический и фактический выход
- Связывать стадии производства с уравнениями и очисткой
Разбираемся в теме
Синтез аммиака
Аммиак получают из азота и водорода по обратимой экзотермической реакции N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃. Повышенное давление благоприятствует образованию NH₃, но требует прочного оборудования и энергии. Температуру выбирают с учётом скорости и равновесия, а катализатор ускоряет процесс; он не сдвигает равновесие сам по себе.
После отделения продукта непрореагировавшие газы могут возвращать в цикл. Чистота сырья важна: примеси способны ухудшать работу катализатора. Аммиак служит сырьём для азотных удобрений и других веществ, но его токсичность требует герметичных установок и контроля выбросов; полезное применение вещества не отменяет опасности концентрированной формы.
Серная кислота и выход
В контактном процессе сернистый газ окисляют: 2SO₂ + O₂ ⇌ 2SO₃ с подходящим катализатором и температурой. SO₂ может быть получен, например, при сжигании серы S + O₂ → SO₂. SO₃ поглощают в специально организованной кислотной системе с последующим получением нужного продукта; прямое смешивание SO₃ с водой не является обычным промышленным способом из-за образования кислотного тумана.
Теоретический выход рассчитывают по уравнению при полном превращении недостаточного реагента. Фактический выход может быть меньше из-за равновесия, побочных процессов и потерь. Выход η = m(фактическая)/m(теоретическая) × 100%, если сравнивается один и тот же чистый продукт. Для смеси продукта сначала учитывают его содержание; масса раствора кислоты не равна массе чистой кислоты.
Разобранные примеры
Из 14 г N₂ при избытке H₂ получено 13,6 г NH₃. Найди выход продукта; N = 14, H = 1.
- M(N₂) = 28 г/моль, n(N₂) = 14/28 = 0,5 моль; по N₂ + 3H₂ → 2NH₃ теоретически n(NH₃) = 1 моль.
- M(NH₃) = 17 г/моль, поэтому теоретическая масса равна 17 г.
- η = 13,6/17 × 100% = 80%; условие избытка H₂ позволяет считать N₂ недостаточным реагентом.
Ответ. Выход NH₃ составляет 80% от теоретического количества, рассчитанного по азоту.
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
- Теоретический выход
- Максимальное количество продукта по стехиометрии при полном превращении недостаточного реагента.
- Фактический выход
- Количество продукта, реально полученное в проведённом процессе после учёта его состава.
- Производственный цикл
- Организация стадий с повторным использованием части потоков сырья или реагентов.
Связь с программой
Тема: химические производства. Раздел: Органика, промышленность и среда.
- ФРП ООО «Химия», базовый уровень, 8–9 классы ↗Единое содержание общего образованияПроверенная копия программы ↗Страницы PDF: 10, 40, 41, 49
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
Химия