Trong một nhà máy sản xuất ammonia theo quy… – Đáp án Câu 5 Phần III, Hoá học 2025

Câu 5.

Trong một nhà máy sản xuất ammonia theo quy trình Haber, giai đoạn sản xuất khí hydrogen bằng phản ứng của methane và nước được thực hiện theo phương trình hóa học (1) như sau:

(1)\quad \mathrm{CH_4}(g) + \mathrm{H_2O}(g) \xrightarrow{xt} \mathrm{CO}(g) + 3\mathrm{H_2}(g)

Phản ứng (1) là phản ứng thu nhiệt mạnh. Lượng nhiệt này được cung cấp từ quá trình đốt cháy hoàn toàn khí methane theo phương trình hóa học (2):

(2)\quad \mathrm{CH_4}(g) + 2\mathrm{O_2}(g) \longrightarrow \mathrm{CO_2}(g) + 2\mathrm{H_2O}(g)

Xét các phản ứng ở điều kiện chuẩn và hiệu suất chuyển hóa của methane là 100%. Tính khối lượng khí methane (theo tấn, làm tròn đến hàng phần trăm) cần thiết để sản xuất 0,30 tấn $\mathrm{H_2}(g)$ trong giai đoạn trên. Biết 90% lượng nhiệt tỏa ra từ phản ứng (2) được cung cấp cho phản ứng (1) và các giá trị nhiệt tạo thành ( $\Delta_f H^\circ_{298}$ ) của các chất ở điều kiện chuẩn được cho trong bảng sau:

Chất	$\mathrm{CH_4}(g)$	$\mathrm{CO_2}(g)$	$\mathrm{CO}(g)$	$\mathrm{H_2O}(g)$
$\Delta_f H^\circ_{298}\ (\text{kJ mol}^{-1})$	–74,6	–393,5	–110,5	–241,8

Cho biết nguyên tử khối: H = 1, C = 12, N = 14, O = 16, Al = 27, S = 32, K = 39; Fe = 56.

Đáp án: 1,03

Lời giải

$\Delta_r H^\circ_{298}(1) = (-110{,}5) - (-74{,}6 - 241{,}8) = +205{,}9$ kJ.

$\Delta_r H^\circ_{298}(2) = (-393{,}5) + 2(-241{,}8) - (-74{,}6) = -802{,}5$ kJ.

$n_{\mathrm{H_2}} = \dfrac{0{,}30 \cdot 10^6}{2} = 1{,}5 \cdot 10^5$ mol, nên $\mathrm{CH_4}$ cho phản ứng (1) là $5 \cdot 10^4$ mol, cần nhiệt $5 \cdot 10^4 \cdot 205{,}9 = 1{,}0295 \cdot 10^7$ kJ.

$\mathrm{CH_4}$ đốt cháy ở (2): $\dfrac{1{,}0295 \cdot 10^7}{0{,}9 \cdot 802{,}5} \approx 14\,254$ mol.

Tổng $\mathrm{CH_4}$ : $(5 \cdot 10^4 + 14\,254) \cdot 16 \approx 1{,}028 \cdot 10^6$ g ≈ 1,03 tấn.

Đáp án: 1,03.

Câu 5 Phần III · Đề tham khảo Hoá học 2025 (Bộ GD&ĐT)