Haber fabricação e fertilizantes NPK: proporções, condições e sais
Introduzido| English | Significado |
|---|---|
| NPK fertiliser | fertilizante NPK |
| Haber process/ˈheɪbə ˈprəʊses/ | processo Haber |
Reciclar gases torna o fertilizante livre de recursos?
- Retornar gases não reagentes melhora o uso da matéria-prima. Isso não elimina a energia necessária para aquecer e comprimir gases nem os recursos necessários para fabricar sais.
- Esta lição de Química Separada cobre a fabricação Haber e fertilizantes NPK. O ciclo de processo é exigido em ambos os níveis; avaliação de equilíbrio/cinética é explicitamente nível Superior (HT).
Siga o ciclo Haber
- O processo Haber fabrica amônia. Nitrogênio vem do ar; hidrogênio pode vir de gás natural reagido com vapor. Gases purificados passam sobre ferro em cerca de 450 °C e aproximadamente 200 atmosferas: $N_2+3H_2\rightleftharpoons2NH_3$.
- Resfriamento liquefaz a amônia para remoção. Nitrogênio e hidrogênio não reagentes retornam ao reator. A reação é reversível, então a conversão por passagem é diferente da conversão total após reciclagem repetida.
Qual corrente é retornada ao reator Haber após o resfriamento?
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O resfriamento remove a amônia liquefeita; nitrogênio e hidrogênio não reagidos retornam. A reciclagem melhora o uso da matéria-prima, mas aquecimento e compressão ainda exigem energia.
Use a razão dos coeficientes em uma passagem
- A alimentação contém 2 mol nitrogênio e 6 mol hidrogênio. Se apenas 1 mol nitrogênio reagir, consome 3 mol hidrogênio e forma 2 mol amônia. Os gases restantes são 1 mol nitrogênio e 3 mol hidrogênio.
- Se toda a alimentação original se convertesse, o máximo teórico seria 4 mol amônia. Não use este máximo como a quantidade realmente produzida na passagem declarada. A equação balanceada conserva átomos de nitrogênio e hidrogênio.
HT: equilibre taxa, rendimento e custo
- A reação direta é exotérmica. Temperatura mais baixa favorece o rendimento de equilíbrio de amônia, mas diminui a taxa; temperatura mais alta aumenta a taxa, mas reduz o rendimento de equilíbrio. Interprete gráficos de taxa e equilíbrio como quantidades diferentes.
- Pressão mais alta favorece a amônia porque quatro moléculas gasosas reagentes tornam-se duas moléculas gasosas produtos, mas compressão e equipamentos robustos consomem energia e dinheiro. Ferro acelera ambas as direções e aproxima-se do equilíbrio sem alterar sua posição. As condições industriais são um compromisso, não o rendimento de equilíbrio máximo possível.
A temperatura e pressão constantes, o ferro aumenta o rendimento de equilíbrio da amônia.
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O ferro acelera tanto as reações direta quanto inversa, atingindo o equilíbrio mais rapidamente sem alterar sua posição. Essa distinção HT separa a velocidade da reação do rendimento de equilíbrio.
Fornecer nitrogênio, fósforo e potássio
- O fertilizante NPK é uma formulação de sais que fornece três nutrientes. A amônia pode formar sais de amônio e ácido nítrico. A neutralização produz nitrato de amônio: $NH_3+HNO_3\rightarrow NH_4NO_3$.
- Cloreto de potássio, sulfato de potássio e rocha fosfática são extraídos. A rocha fosfática não é diretamente adequada como fertilizante; o tratamento gera sais solúveis utilizáveis. Ácido fosfórico não fornece potássio por si só.
Que sal de amônio se forma quando a amônia neutraliza o ácido nítrico?
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NH₃ +HNO₃ →NH₄NO₃, nitrato de amônio. Isso fornece nitrogênio, enquanto uma formulação completa NPK também fornece fósforo e potássio.
Diferenciar três tratamentos de rocha fosfática
- Tratamento com ácido nítrico produz nitrato de cálcio e ácido fosfórico. Ácido sulfúrico produz superfosfato simples contendo fosfato di-hidrogênio de cálcio com sulfato de cálcio.
- Ácido fosfórico produz superfosfato triplo contendo fosfato di-hidrogênio de cálcio sem esse componente sulfato. Não chame todo tratamento ácido apenas de “superfosfato” e não confunda fonte de fósforo com fonte de potássio.
Combine o termo com seu significado preciso.
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Use a estrutura química, o processo ou o limite de comparação para distinguir os termos.
Comparar o mesmo sal em laboratório e indústria
- Neutralização/titulação controlada em laboratório seguida de evaporação e cristalização pode produzir um sólido puro. Uma titulação de laboratório não resulta intrinsecamente em produto impuro.
- A indústria pode integrar produção de amônia/ácido, recuperar calor e manter alto volume, mas exige equipamentos e controle de emissões. Compare energia fornecida por unidade, pureza, escala, equipamentos, resíduos e custos; “a indústria é sempre melhor” não é uma avaliação.
Quais duas afirmações limitam corretamente uma comparação de fabricação?
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Uma titulação de laboratório não é inerentemente impura. A indústria oferece escala e integração, mas ainda precisa de energia e equipamentos; avalie os critérios e dados reais.
Aplicar o método a um novo insumo
- Insumo independente: 3 mol de nitrogênio e 9 mol de hidrogênio. Se 2 mol de nitrogênio reage em uma passagem, 6 mol de hidrogênio reage, 4 mol de amônia se forma e 1 mol de nitrogênio mais 3 mol de hidrogênio permanecem.
- Um catalisador pode atingir o equilíbrio mais rápido, mas não aumenta a quantidade no equilíbrio à temperatura e pressão constantes. Forneça uma razão baseada em velocidade ou equilíbrio, seguida de um custo/condição que limite a afirmação industrial.
Siga o processo, use uma razão balanceada, distinga velocidade de rendimento de equilíbrio e identifique os sais nutricionais reais e comparação de fabricação.
Uma alimentação tem 3 mol de nitrogênio e 9 mol de hidrogênio. Se 2 mol de nitrogênio reage em uma passagem, quantos mols de amônia se formam?
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N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃. Dois mols de nitrogênio consomem 6 mols de hidrogênio e formam 4 mols de amônia, deixando 1 mol de nitrogênio e 3 mol de hidrogênio. O máximo teórico de toda a alimentação de 6 mols não é a quantidade por passagem declarada.