Hiện nay người ta sản xuất ammonia không từ N2 và H2 tinh khiết mà tiến hành từ sự chuyển hóa có xúc tác một hỗn hợp gồm không khí (chứa 21% O2, 78% N2; còn lại là khí hiếm), hơi nước và khí thiên nhiê...

Để giải bài toán này, chúng ta sẽ lần lượt tính toán các bước cần thiết. ### Bước 1: Tính số mol NH3 cần sản xuất Biết rằng 6,63 tấn NH3 tương đương với: \[ n_{NH3} = \frac{m_{NH3}}{M_{NH3}} = \frac{6630 \text{ g}}{17 \text{ g/mol}} \approx 389,41 \text{ mol} \] ### Bước 2: Tính số mol H2 cần thiết Theo phản ứng tổng hợp NH3: \[ N2(g) + 3H2(g) \rightarrow 2NH3(g) \] Mỗi 2 mol NH3 cần 3 mol H2, do đó số mol H2 cần để sản xuất 389,41 mol NH3 là: \[ n_{H2} = \frac{3}{2} \times n_{NH3} = \frac{3}{2} \times 389,41 \approx 584,12 \text{ mol} \] ### Bước 3: Tính số mol N2 cần thiết Theo phản ứng, 1 mol N2 cần để sản xuất 2 mol NH3. Vậy số mol N2 cần là: \[ n_{N2} = \frac{1}{2} \times n_{NH3} = \frac{1}{2} \times 389,41 \approx 194,70 \text{ mol} \] ### Bước 4: Tính thể tích N2 và H2 Ở điều kiện chuẩn (STP), 1 mol khí chiếm 22,4 L. Do đó: - Thể tích N2 cần: \[ V_{N2} = n_{N2} \times 22,4 \approx 194,70 \times 22,4 \approx 4366,88 \text{ L} \] - Thể tích H2 cần: \[ V_{H2} = n_{H2} \times 22,4 \approx 584,12 \times 22,4 \approx 13064,69 \text{ L} \] ### Bước 5: Tính số mol O2 cần thiết Từ phản ứng khử O2: \[ CH4(g) + 2O2(g) \rightarrow CO2(g) + 2H2O(g) \] Ta cần xác định lượng O2 trong không khí để thu N2. Từ tỉ lệ không khí, trong 1 m3 không khí có 0,21 m3 O2, tương đương 0,79 m3 N2. ### Bước 6: Tính tổng lượng CH4 và H2O cần Theo phản ứng điều chế H2, ta cần tính toán lượng CH4 và H2O cần thiết cho việc sản xuất H2: \[ CH4(g) + 2H2O(g) \rightarrow CO2(g) + 4H2(g) \] 1 mol H2 cần 0,25 mol CH4 và 0,5 mol H2O. Vậy, số mol CH4 cần cho sản xuất 584,12 mol H2 là: \[ n_{CH4} = 0,25 \times n_{H2} = 0,25 \times 584,12 \approx 146,03 \text{ mol} \] Và số mol H2O là: \[ n_{H2O} = 0,5 \times n_{H2} = 0,5 \times 584,12 \approx 292,06 \text{ mol} \] ### Bước 7: Tính tổng khối lượng m Khối lượng của CH4 và H2O là: - Khối lượng CH4: \[ m_{CH4} = n_{CH4} \times M_{CH4} = 146,03 \times 16 \approx 2336,48 \text{ g} \] - Khối lượng H2O: \[ m_{H2O} = n_{H2O} \times M_{H2O} = 292,06 \times 18 \approx 5256,98 \text{ g} \] ### Tính tổng khối lượng: \[ m = m_{CH4} + m_{H2O} = 2336,48 + 5256,98 \approx 7593,46 \text{ g} \approx 7,59 \text{ kg} \] Cuối cùng, vì ta muốn kết quả tính ra tấn: \[ m = 7,59 \text{ tấn} \] ### Kết luận Giá trị của m là 7,6 tấn (làm tròn đến hàng phần mười).