N2 280 kg H2 64 kg 500℃ 300 atm 평형점 전체 몰수 26 kmol NH3

N2 280 kg H2 64 kg 500℃ 300 atm 평형점 전체 몰수 26 kmol NH3

280 kg N2 64 kg H2 reactor 500℃ 300 atm equilibrium 26 kmol NH3

 

 

질소 280 kg과 수소 64 kg이 반응기에서

500℃, 300 atm 조건으로 반응되어

평형점에서 전체 몰수를 측정하였더니 26 kmol 이였다.

반응기에서 생성된 암모니아(kg)는?

① 272

② 160

③ 136

④ 80

 

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각 반응물의 몰수를 계산하면,

280 kg / (28 g/mol) = 10 kmol N2

( 참고 https://ywpop.tistory.com/7738 )

 

64 kg / (2 g/mol) = 32 kmol H2

 

 

 

암모니아 합성 반응식

N2(g) + 3H2(g) → 2NH3(g)

 

N2 : H2 = 1 : 3 계수비(= 몰수비) 이므로,

10 kmol N2와 화학량론적으로 반응하는 H2의 몰수를 계산하면,

N2 : H2 = 1 : 3 = 10 kmol : ? kmol

 

? = 3 × 10 = 30 kmol H2

---> 수소는 이만큼 있다, 반응하고도 남는다?

---> 수소 = 과잉 반응물, 질소 = 한계 반응물.

( 참고: 한계 반응물 https://ywpop.tistory.com/3318 )

 

 

 

생성물의 양은 한계 반응물의 양에 의해 결정되고,

N2 : NH3 = 1 : 2 계수비(= 몰수비) 이므로,

10 kmol N2 반응 시, 생성되는 NH3의 몰수를 계산하면,

N2 : NH3 = 1 : 2 = 10 kmol : ? kmol

 

? = 2 × 10 = 20 kmol NH3

 

 

 

N2가 화학량론적으로 전부 반응했다면,

평형점에서 전체 몰수

= 생성물 NH3의 몰수 + 미반응물 N2의 몰수 + 미반응물 H2의 몰수

= 20 + 0 + (32 – 30) = 22 kmol

 

평형점에서 전체 몰수를 측정하였더니 26 kmol

---> N2가 전부 반응하지 않았다.

 

 

 

만약 9 kmol N2 반응했다면, 18 kmol NH3 생성되므로,

평형점에서 전체 몰수

= 18 + 1 + (32 – 27) = 24 kmol

 

 

 

만약 8 kmol N2 반응했다면, 16 kmol NH3 생성되므로,

평형점에서 전체 몰수

16 + 2 + (32 – 24) = 26 kmol

 

 

 

16 kmol × (17 g/mol) = 272 kg NH3

 

 

 

답: ① 272

 

 

 

 

[키워드] 화학량론 기준, 생성된 암모니아 기준