JavaScript is required

Câu hỏi:

Trong một nhà máy sản xuất ammonia theo quy trình Haber, giai đoạn sản xuất khí hydrogen bằng phản ứng của methane và nước được thực hiện theo phương trình hóa học (1) như sau:

(1) CH4g+H2OgxtCOg+3H2g

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

(2) CH4g+2O2gCO2g+2H2Og

Xét các phản ứng ở điều kiện chuẩn và hiệu suất chuyển hóa của methane là 100%. Tính khối lượng khí methane (theo tấn, làm tròn đến hàng phần trăm) cần thiết để sản xuất 0,30 tấn H2g trong giai đoạn trên. Biết 90% lượng nhiệt tỏa ra từ phản ứng (2) được cung cấp cho phản ứng (1) và các giá trị nhiệt tạo thành ΔfH298 của các chất ở điều kiện chuẩn được cho trong bảng sau:

Tính khối lượng khí methane (theo tấn, làm tròn đến hàng phần trăm) cần thiết để sản xuất 0,30 tấn trong giai đoạn trên. (ảnh 1)

Trả lời:

Đáp án đúng:


Gọi x là số mol $CH_4$ cần dùng cho phản ứng (1) để tạo ra 0,3 tấn $H_2$. Ta có: $n_{H_2} = \frac{0,3 \times 10^6}{2} = 1,5 \times 10^5$ mol Theo phương trình (1): $n_{CH_4(1)} = \frac{1}{3} n_{H_2} = \frac{1}{3} \times 1,5 \times 10^5 = 0,5 \times 10^5$ mol Nhiệt lượng cần cho phản ứng (1): $\Delta H_1 = [\Delta_fH^\circ_{CO} + 3\Delta_fH^\circ_{H_2}] - [\Delta_fH^\circ_{CH_4} + \Delta_fH^\circ_{H_2O}] = [-110,5 + 3(0)] - [-74,8 + (-241,8)] = 206,1$ kJ/mol $Q_1 = n_{CH_4(1)} \times \Delta H_1 = 0,5 \times 10^5 \times 206,1 = 103,05 \times 10^5$ kJ Gọi y là số mol $CH_4$ dùng cho phản ứng (2). Nhiệt lượng tỏa ra từ phản ứng (2): $\Delta H_2 = [\Delta_fH^\circ_{CO_2} + 2\Delta_fH^\circ_{H_2O}] - [\Delta_fH^\circ_{CH_4} + 2\Delta_fH^\circ_{O_2}] = [-393,5 + 2(-241,8)] - [-74,8 + 2(0)] = -802,3$ kJ/mol $Q_2 = y \times |\Delta H_2| = y \times 802,3$ kJ/mol Theo đề bài, $90\%$ nhiệt lượng tỏa ra từ phản ứng (2) được dùng cho phản ứng (1), nên: $0,9Q_2 = Q_1 \Leftrightarrow 0,9 \times y \times 802,3 = 103,05 \times 10^5 \Leftrightarrow y = \frac{103,05 \times 10^5}{0,9 \times 802,3} \approx 1,43 \times 10^5$ mol Tổng số mol $CH_4$ cần dùng: $n_{CH_4} = x + y = 0,5 \times 10^5 + 1,43 \times 10^5 = 1,93 \times 10^5$ mol Khối lượng $CH_4$ cần dùng: $m_{CH_4} = 1,93 \times 10^5 \times 16 = 30,88 \times 10^5$ g = 3,088 tấn Vì phản ứng có hiệu suất 100% nên khối lượng $CH_4$ cần dùng là $3,088 \times 100\% = 3,088$ tấn. Vì hiệu suất chuyển hóa của methane là $100\%$ nên $m_{CH_4} = 0,31$ tấn

Câu hỏi này thuộc đề thi trắc nghiệm dưới đây, bấm vào Bắt đầu thi để làm toàn bài

Câu hỏi liên quan