Sintesis amonia Haber–Bosch: N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃
KimiaLaju reaksi dan kesetimbanganUsia 16–17
Gunakan di kelas Anda: siswa membukanya lewat tautan atau kode QR, tanpa perlu akun.
Berikutnya di Laju reaksi dan kesetimbangan
Bejana reaksi berisi molekul N₂ dan H₂; saat dijalankan, molekul-molekul itu bertumbukan dan perlahan berubah menjadi NH₃ sampai tercapai kesetimbangan. Geser tekanan, suhu, dan perbandingan mol H₂ : N₂, serta nyalakan atau matikan katalis besi, untuk melihat rendemen kesetimbangan dan waktu mencapainya berubah persis seperti yang diramalkan asas Le Chatelier. Tab Desain pabrik menimbang rendemen, laju, energi, biaya pabrik, dan CO₂ untuk menjelaskan kondisi kompromi, dan tab Proses kontak melakukan hal yang sama untuk pembuatan asam sulfat.
Pelajaran: Unsur nitrogen dan sintesis amonia; penerapan asas Le Chatelier pada kesetimbangan N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃
Yang ditunjukkan
Proses Haber–Bosch membuat amonia dari nitrogen dan hidrogen melalui reaksi reversibel dan eksoterm yang mengubah empat molekul gas menjadi dua. Tekanan tinggi dan suhu rendah menguntungkan amonia, tetapi pada suhu rendah kesetimbangan tercapai terlalu lambat, dan setiap atmosfer tambahan memerlukan energi dan pabrik yang lebih kuat. Katalis besi mempercepat kedua arah tanpa mengubah rendemen kesetimbangan, dan daur ulang gas yang tidak bereaksi membuat hampir semuanya menjadi amonia. Proses kontak menghadapi pertimbangan yang sama untuk 2SO₂ + O₂ ⇌ 2SO₃ pada V₂O₅, lalu menyerap SO₃ dalam asam sulfat pekat menjadi oleum.
Cara menggunakan
Di Kesetimbangan, tekan Mulai dan ubah satu kontrol setiap kali untuk membandingkan rendemen kesetimbangan dan waktu mencapainya. Di Desain pabrik, atur Suhu dan Tekanan, nyalakan Katalis besi dan Daur ulang gas sisa, lalu tekan Catat desain untuk membandingkan rendemen, produksi, energi, CO₂, dan biaya per ton. Di Proses kontak, lakukan hal yang sama dengan Katalis V₂O₅, Absorpsi ganda, dan Serap SO₃.
Parameter yang dapat diubah
- Tekanan 10–400 atm
- Suhu 300–600 °C
- Katalis serbuk besi
- Rasio mol H₂ : N₂ 1 : 1, 2 : 1, 3 : 1 (stoikiometris), 4 : 1
- Layar Kesetimbangan, Desain pabrik, Proses kontak
- Suhu pabrik 300–600 °C
- Tekanan pabrik 50–400 atm
- Katalis besi di pabrik
- Daur ulang gas sisa
- Suhu proses kontak 350–650 °C
- Tekanan proses kontak 1–10 atm
- Katalis V₂O₅
- Absorpsi ganda
- Serap SO₃ dalam H₂SO₄ 98%, dalam air
Pertanyaan untuk dijelajahi
- Mengapa amonia tidak dibuat pada suhu rendah, padahal rendemen kesetimbangannya lebih tinggi?
- Rasio mol H₂ : N₂ mana yang sesuai dengan koefisien persamaan reaksi, dan mengapa?
- Bagaimana pengaruh katalis besi terhadap rendemen kesetimbangan dan waktu untuk mencapai kesetimbangan?
- Mengapa pabrik Haber mendaur ulang nitrogen dan hidrogen yang tidak bereaksi?
- Mengapa SO₃ diserap dalam asam sulfat pekat, bukan dalam air?
