Một nhà máy sản xuất ammonia theo phương… – Đáp án Câu 3 Phần III, Hoá học 2026

Câu 3.

Một nhà máy sản xuất ammonia theo phương pháp Haber – Bosch. Để thu được nitrogen ( $\ce{N2}$ ) và hydrogen ( $\ce{H2}$ ) từ methane, không khí và nước, các giai đoạn chính được thực hiện như sau:

- Giai đoạn 1: Cho hỗn hợp gồm khí methane và hơi nước với tỉ lệ mol tương ứng là 1 : 3,2 qua tháp phản ứng chứa xúc tác ở 900 °C, xảy ra phản ứng sau:

\ce{CH4(g) + H2O(g) <=>[xt, 900 ^\circ C] CO(g) + 3H2(g)}

Hiệu suất chuyển hoá $\ce{CH4}$ ở giai đoạn này là h %.

- Giai đoạn 2: Hỗn hợp thu được sau giai đoạn 1 được trộn với không khí (chứa 80 % $\ce{N2}$ và 20 % $\ce{O2}$ theo thể tích) để oxi hoá hết methane theo phản ứng:

\ce{2CH4(g) + O2(g) ->[xt, t^\circ] 2CO(g) + 4H2(g)}

- Giai đoạn 3: Trộn hỗn hợp thu được sau giai đoạn 2 với hơi nước dư để oxi hoá hết CO thành $\ce{CO2}$ theo phản ứng:

\ce{CO(g) + H2O(g) ->[t^\circ] CO2(g) + H2(g)}

- Giai đoạn 4: Dẫn hỗn hợp thu được sau giai đoạn 3 vào tháp hấp thụ để tách $\ce{CO2}$ và hơi nước. Hỗn hợp khí còn lại chỉ gồm $\ce{N2}$ và $\ce{H2}$ với tỉ lệ mol tương ứng là 1 : 3 được sử dụng để tổng hợp ammonia.

Coi các phản ứng khác trong các giai đoạn từ 1 đến 4 xảy ra không đáng kể. Xác định giá trị của h (không làm tròn kết quả các phép tính trung gian, chỉ làm tròn kết quả cuối cùng tới hàng phần mười).

Đáp án: 42,9

Lời giải

Chọn 1 mol $\ce{CH4}$ và 3,2 mol $\ce{H2O}$ . Gọi x là số mol $\ce{CH4}$ chuyển hóa ở giai đoạn 1 (h = 100x%).

Giai đoạn 1: tạo x mol CO và 3x mol $\ce{H2}$ ; còn (1 – x) mol $\ce{CH4}$ .

Giai đoạn 2: (1 – x) mol $\ce{CH4}$ cần (1 – x)/2 mol $\ce{O2}$ , đi kèm 4 × (1 – x)/2 = 2(1 – x) mol $\ce{N2}$ ; tạo thêm (1 – x) mol CO và 2(1 – x) mol $\ce{H2}$ .

Giai đoạn 3: tổng CO = 1 mol, chuyển thành 1 mol $\ce{H2}$ nữa.

Tổng $\ce{H2}$ = 3x + 2(1 – x) + 1 = x + 3; $\ce{N2}$ = 2(1 – x).

Tỉ lệ $\ce{N2}$ : $\ce{H2}$ = 1 : 3, suy ra x + 3 = 6(1 – x), x = 3/7 ≈ 0,4286.

h ≈ 42,9.

Đáp án: 42,9.

Câu 3 Phần III · Đề chính thức Hoá học 2026 (Bộ GD&ĐT) – mã đề 0301