Ammoniaksynthese nach Haber-Bosch: N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃
ChemieKinetik und GleichgewichtAlter 16–17
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Als Nächstes in Kinetik und Gleichgewicht
Ein Reaktionsgefäß enthält N₂- und H₂-Moleküle; sobald es läuft, stoßen sie zusammen und werden nach und nach zu NH₃, bis das Gleichgewicht erreicht ist. Ziehen Sie Druck, Temperatur und das Stoffmengenverhältnis H₂ : N₂ und schalten Sie den Eisenkatalysator um, um zu sehen, wie sich Gleichgewichtsausbeute und Zeit bis zum Gleichgewicht genau nach dem Prinzip von Le Chatelier ändern. Ein Tab Anlagenplanung wägt Ausbeute, Geschwindigkeit, Energie, Anlagenkosten und CO₂ ab, um die Kompromissbedingungen zu begründen, und ein Tab Kontaktverfahren tut dasselbe für die Herstellung von Schwefelsäure.
Lektion: Stickstoff und Ammoniaksynthese; Anwendung des Prinzips von Le Chatelier auf das Gleichgewicht N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃
Was sie zeigt
Das Haber-Bosch-Verfahren erzeugt Ammoniak aus Stickstoff und Wasserstoff in einer umkehrbaren, exothermen Reaktion, die vier Gasmoleküle zu zwei macht. Hoher Druck und niedrige Temperatur begünstigen Ammoniak, doch bei niedriger Temperatur stellt sich das Gleichgewicht viel zu langsam ein, und jede zusätzliche Atmosphäre kostet Energie und eine stärkere Anlage. Der Eisenkatalysator beschleunigt beide Richtungen, ohne die Gleichgewichtsausbeute zu ändern, und die Rückführung des nicht umgesetzten Gases macht fast alles davon zu Ammoniak. Das Kontaktverfahren steht für 2SO₂ + O₂ ⇌ 2SO₃ am V₂O₅ vor denselben Abwägungen und absorbiert SO₃ dann in konzentrierter Schwefelsäure zu Oleum.
So funktioniert es
Drücken Sie unter Gleichgewicht auf Start und ändern Sie jeweils ein Bedienelement, um Gleichgewichtsausbeute und Zeit bis zum Gleichgewicht zu vergleichen. Stellen Sie unter Anlagenplanung Temperatur und Druck ein, schalten Sie Eisenkatalysator und Restgas zurückführen und drücken Sie Planung speichern, um Ausbeute, Produktion, Energie, CO₂ und Kosten je Tonne zu vergleichen. Unter Kontaktverfahren gehen Sie ebenso mit V₂O₅-Katalysator, Doppelabsorption und SO₃ absorbieren vor.
Einstellbare Parameter
- Druck 10–400 atm
- Temperatur 300–600 °C
- Katalysator Eisenpulver
- Stoffmengenverhältnis H₂ : N₂ 1 : 1, 2 : 1, 3 : 1 (stöchiometrisch), 4 : 1
- Ansicht Gleichgewicht, Anlagenplanung, Kontaktverfahren
- Temperatur der Anlage 300–600 °C
- Druck der Anlage 50–400 atm
- Eisenkatalysator in der Anlage
- Restgas zurückführen
- Temperatur beim Kontaktverfahren 350–650 °C
- Druck beim Kontaktverfahren 1–10 atm
- V₂O₅-Katalysator
- Doppelabsorption
- SO₃ absorbieren in 98%iger H₂SO₄, in Wasser
Fragen zum Erkunden
- Warum wird Ammoniak nicht bei niedriger Temperatur hergestellt, obwohl die Gleichgewichtsausbeute dort höher ist?
- Welches Stoffmengenverhältnis H₂ : N₂ entspricht den Koeffizienten der Reaktionsgleichung, und warum?
- Wie wirkt sich der Eisenkatalysator auf die Gleichgewichtsausbeute und die Zeit bis zum Gleichgewicht aus?
- Warum führt eine Haber-Anlage den nicht umgesetzten Stickstoff und Wasserstoff zurück?
- Warum wird SO₃ in konzentrierter Schwefelsäure statt in Wasser absorbiert?
