Fertilizantes de síntesis del proceso Haber y NPK: proporciones, condiciones y sales
Introducido| English | Significado |
|---|---|
| NPK fertiliser | fertilizante NPK |
| Haber process/ˈheɪbə ˈprəʊses/ | Proceso Haber |
¿Reciclar gases hace que el fertilizante sea libre de recursos?
- Devolver los gases no reaccionados mejora el uso de materia prima. Esto no elimina la energía necesaria para calentar y comprimir gases ni los recursos necesarios para fabricar sales.
- Esta lección de Química Separada cubre la fabricación Haber y los fertilizantes NPK. El ciclo del proceso es requerido en ambos niveles; la evaluación de equilibrio/tasa es explícitamente nivel superior (HT).
Siga el ciclo Haber
- El proceso Haber fabrica amoníaco. El nitrógeno proviene del aire; el hidrógeno puede provenir del gas natural reaccionado con vapor. Los gases purificados pasan sobre hierro a aproximadamente 450 °C y aproximadamente 200 atmósferas: $N_2+3H_2\rightleftharpoons2NH_3$.
- El enfriamiento licua el amoníaco para su remoción. El nitrógeno e hidrógeno no reaccionados retornan al reactor. La reacción es reversible, por lo que la conversión por paso es diferente de la conversión total después del reciclaje repetido.
¿Qué corriente se devuelve al reactor Haber tras el enfriamiento?
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El enfriamiento elimina el amoníaco licuado; el nitrógeno e hidrógeno no reaccionados retornan. El reciclaje mejora el uso de materia prima, pero el calentamiento y la compresión aún requieren energía.
Use la proporción de coeficientes en un solo paso
- La alimentación contiene 2 mol de nitrógeno y 6 mol de hidrógeno. Si solo 1 mol de nitrógeno reacciona, consume 3 mol de hidrógeno y forma 2 mol de amoníaco. Los gases restantes son 1 mol de nitrógeno y 3 mol de hidrógeno.
- Si toda la alimentación original se convirtiera, el máximo teórico sería 4 mol de amoníaco. No use este máximo como la cantidad realmente producida en el paso indicado. La ecuación balanceada conserva átomos de nitrógeno e hidrógeno.
HT: equilibre tasa, rendimiento y costo
- La reacción directa es exotérmica. Menor temperatura favorece el rendimiento de equilibrio de amoníaco pero ralentiza la reacción; mayor temperatura aumenta la tasa pero disminuye el rendimiento de equilibrio. Interprete las gráficas de tasa y equilibrio como cantidades diferentes.
- Mayor presión favorece el amoníaco porque cuatro moléculas gaseosas reactantes se convierten en dos moléculas producto, pero la compresión y el equipo resistente cuestan energía y dinero. El hierro acelera ambas direcciones y el acercamiento al equilibrio sin cambiar su posición. Las condiciones industriales son un compromiso, no el rendimiento de equilibrio máximo posible.
A temperatura y presión invariables, el hierro aumenta el rendimiento de equilibrio del amoníaco.
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El hierro acelera tanto la reacción directa como la inversa, alcanzando el equilibrio más rápido sin cambiar su posición. Esta distinción de altas temperaturas separa la velocidad de la tasa de rendimiento de equilibrio.
Suministre nitrógeno, fósforo y potasio
- El fertilizante NPK es una formulación de sales que suministra tres elementos nutrientes. El amoníaco puede fabricar sales de amonio y ácido nítrico. La neutralización produce nitrato de amonio: $NH_3+HNO_3\rightarrow NH_4NO_3$.
- El cloruro de potasio, sulfato de potasio y roca fosfórica se extraen. La roca fosfórica no es directamente apta como fertilizante; el tratamiento produce sales solubles utilizables. El ácido fosfórico no suministra potasio por sí mismo.
¿Qué sal de amonio se forma cuando el amoniaco neutraliza el ácido nítrico?
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NH₃ + HNO₃ → NH₄NO₃, nitrato de amonio. Esto suministra nitrógeno, mientras que una formulación completa de NPK también suministra fósforo y potasio.
Distinga tres tratamientos de roca fosfórica
- El tratamiento con ácido nítrico produce nitrato de calcio y ácido fosfórico. El ácido sulfúrico produce superfosfato simple que contiene dihidrogenofosfato de calcio con sulfato de calcio.
- El ácido fosfórico produce superfosfato triple que contiene dihidrógeno fosfato de calcio sin el componente sulfato. No llame a todo tratamiento con ácido simplemente "superfosfato" y no confunda una fuente de fósforo con una fuente de potasio.
Empareje el término con su significado preciso.
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Use la estructura química, el proceso o el límite comparativo para distinguir los términos.
Compare la misma sal en laboratorio e industria
- La neutralización/titración controlada cuidadosamente en el laboratorio, seguida de evaporación y cristalización, puede producir un sólido puro. Una titulación de laboratorio no da inherentemente un producto impuro.
- La industria puede integrar la producción de amoníaco/ácido, recuperar calor y mantener grandes volúmenes de salida, pero necesita equipos y control de emisiones. Compare la energía suministrada por unidad, pureza, escala, equipos, residuos y costos; decir que "la industria siempre es mejor" no es una evaluación.
¿Cuáles dos afirmaciones limitan correctamente una comparación de fabricación?
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Una titulación en laboratorio no es intrínsecamente impura. La industria ofrece escala e integración, pero aún necesita energía y equipos; evalúe los criterios y datos reales.
Aplique el método a una nueva materia prima
- Materia prima independiente: 3 mol de nitrógeno y 9 mol de hidrógeno. Si 2 mol de nitrógeno reaccionan en un paso, 6 mol de hidrógeno reaccionan, 4 mol de amoníaco se forma y 1 mol de nitrógeno más 3 mol de hidrógeno permanecen.
- Un catalizador puede alcanzar el equilibrio más rápido, pero no puede aumentar la cantidad de equilibrio a temperatura y presión constantes. Dé una razón basada en velocidad o equilibrio, y luego un costo o condición que limite la afirmación industrial.
Siga el proceso, use una proporción balanceada, distinga entre rendimiento cinético y de equilibrio, e identifique las sales nutritivas reales y la comparación de fabricación.
Una alimentación tiene 3 mol de nitrógeno y 9 mol de hidrógeno. Si 2 mol de nitrógeno reacciona en una sola pasada, ¿cuántos mol de amoníaco se forman?
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N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃. Dos mol de nitrógeno consumen 6 mol de hidrógeno y forman 4 mol de amoníaco, dejando 1 mol de nitrógeno y 3 mol de hidrógeno. El máximo teórico de toda la alimentación de 6 mol no corresponde a la cantidad indicada por pasada.