Proses Haber (ammonia)

Proses Haber ialah kaedah industri untuk mengeluarkan ammonia dengan menggabungkan nitrogen dan hidrogen. Ammonia ialah titik permulaan bagi baja bernitrogen, jadi proses ini penting dari segi ekonomi, dan sukatan pelajaran mengharapkan anda tahu persamaan seimbang, mangkin, keadaan dan bahan mentahnya. Ia soalan persembahan tetap dalam bab Bahan Buatan 4541.

Persamaan seimbang

Nitrogen dan hidrogen bergabung dalam nisbah tetap untuk membentuk ammonia, dan tindak balas ini berbalik. Dengan formula dan simbol keadaan yang betul:

N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g)

Satu isi padu nitrogen bertindak balas dengan tiga isi padu hidrogen, nisbah 1:3, untuk memberi dua isi padu ammonia. Nitrogen diperoleh daripada penyulingan berperingkat udara cair, dan hidrogen diperoleh daripada gas asli (metana) atau hidrokarbon lain. Kerana tindak balas mencapai keseimbangan, hanya sebahagian nitrogen dan hidrogen ditukar pada setiap laluan, jadi gas yang tidak bertindak balas dikitar semula.

Keadaan yang diperlukan

Keadaan operasi ialah mangkin besi, suhu kira-kira 450–500 °C, dan tekanan kira-kira 200 atmosfera. Mangkin besi mempercepatkan tindak balas supaya keseimbangan dicapai lebih cepat tanpa digunakan habis. Suhu sederhana ialah kompromi: suhu lebih rendah akan memberi lebih banyak ammonia pada keseimbangan tetapi terlalu perlahan, manakala tekanan tinggi memihak kepada pihak yang mempunyai lebih sedikit molekul gas, iaitu pihak ammonia, dan justeru meningkatkan hasil.

Apa yang dihasilkan dan kegunaannya

Ammonia yang terbentuk ialah gas tidak berwarna dengan bau tajam dan menyucuk; ia disejukkan dan dicecairkan supaya dapat dipisahkan daripada nitrogen dan hidrogen yang tidak bertindak balas, yang dikembalikan ke reaktor. Kebanyakan ammonia digunakan untuk membuat baja bernitrogen. Meneutralkan ammonia dengan asid memberi garam ammonium yang digunakan sebagai baja:

NH₃(aq) + HNO₃(aq) → NH₄NO₃(aq)

2NH₃(aq) + H₂SO₄(aq) → (NH₄)₂SO₄(aq)

Ammonia juga digunakan untuk membuat asid nitrik dan pelbagai agen pencuci.

Di mana ia muncul dalam peperiksaan SPM

Dalam 4541/1 anda mengenal pasti mangkin, nisbah gas, atau persamaan yang betul. Dalam 4541/2 soalan piawai meminta anda menulis persamaan seimbang dengan simbol keadaan, menamakan mangkin besi, menyatakan suhu dan tekanan, dan memberi sumber nitrogen dan hidrogen. Anda sering diminta menerangkan mengapa keadaan yang dipilih digunakan, dan menamakan kegunaan ammonia, terutamanya baja seperti ammonium nitrat, ammonium sulfat dan urea.

Cara kami mengajarnya

Guru kami memastikan anda mendapatkan nisbah 1:3 dengan betul, menamakan besi (bukan vanadium(V) oksida, yang tergolong dalam Proses Sentuh) sebagai mangkin, dan ingat bahawa tindak balas berbalik. Pelajar paling kerap hilang markah dengan mengelirukan dua proses industri itu, meninggalkan simbol keadaan, atau terlupa dari mana gas mentah datang. Mempelajari dua proses ini bersebelahan, masing-masing dengan mangkin dan hasilnya sendiri, memastikan ia jelas terpisah dalam ingatan anda.

Ringkasan pantas

Proses Haber membuat ammonia dengan menggabungkan nitrogen dan hidrogen dalam nisbah 1:3 atas mangkin besi pada kira-kira 450–500 °C dan kira-kira 200 atmosfera, dalam tindak balas berbalik. Kuasai persamaan dengan simbol keadaan, mangkin dan keadaan, sumber gas, serta kegunaan ammonia sebagai baja, maka topik industri yang boleh diharap ini terangkum sepenuhnya. Satu perkara lagi yang sering diuji ialah sebab keadaan yang dipilih ialah kompromi: pengeluar mahu hasil ammonia yang tinggi tetapi juga kadar tindak balas yang cukup pantas dan kos yang munasabah, jadi suhu dan tekanan dipilih untuk mengimbangi ketiga-tiga pertimbangan itu. Berlatih menulis persamaan pembentukan baja seperti ammonium nitrat dan ammonium sulfat juga berguna, kerana ia menghubungkan ammonia terus dengan produk akhir yang digunakan petani.