Trả lời câu hỏi thảo luận 7 - Mục 3 trang 26

1. Nội dung câu hỏi
Dựa vào nguyên lí chuyển dịch cân bằng Le Chatelier, hãy cho biết để tăng hiệu suất tổng hợp $N{H}_3$, cần điều chỉnh nhiệt độ và áp suất như thế nào. Điều đó có gây trở ngại gì cho phản ứng tổng hợp $N{H}_3$ trên thực tế hay không? Vì sao?

2. Phương pháp giải
Dựa vào kiến thức về nguyên lí chuyển dịch cân bằng Le Chatelier.

3. Lời giải chi tiết
${\mathrm{N}}_2\left(g\right)+3{\mathrm{H}}_2\left(g\right)\stackrel{t°,xt,p}{\rightleftharpoons }2{\mathrm{NH}}_3\left(g\right) {\Delta }_r{H}_{298}^0=-91,8kJ$
- ${\Delta }_r{H}_{298}^0=-91,8kJ<0$ phản ứng thuận toả nhiệt. Tuy nhiên, khi thực hiện phản ứng ở nhiệt độ quá thấp thì tốc độ của phản ứng nhỏ, phản ứng diễn ra chậm. Thực tế, người ta đã chọn nhiệt độ phù hợp, khoảng $380°\mathrm{C}-450°\mathrm{C}$.
- Khi tăng áp suất, cân bằng chuyển dịch theo chiều làm giảm số mol khí tức chiều thuận. Do đó phản ứng tổng hợp ammonia diễn ra ở áp suất cao, trong thực tế phản ứng này diễn ra ở 200 bar mà không thực hiện ở áp suất cao hơn. Điều này được giải thích như sau:

Khi thực hiện ở áp suất cao sẽ thu được nồng độ $N{H}_3$ tại thời điểm cân bằng lớn, tuy nhiên khi tăng áp suất thì sự tăng nồng độ $N{H}_3$ không tăng nhanh chỉ tăng chậm. Ngoài ra, khi tăng áp suất thì tiêu tốn năng lượng và yêu cầu thiết bị phải chịu được áp suất cao, do đó phải tính toán chính xác khi tăng áp suất để mang lại hiệu quả kinh tế cao nhất. Thực tế chứng minh quá trình sản xuất $N{H}_3$ được thực hiện ở áp suất 150 – 200 bar đem lại hiệu quả cao nhất.