Bài Tập Trắc Nghiệm Chuyên Đề: Ammonia và muối ammonium (Hóa học Lớp 11)

Gọi ban đầu có 1 mol $C{H}_4$ và 3 mol $H_{2}O$. Gọi hiệu suất chuyển hóa $C{H}_4$ ở giai đoạn 1 là $h\%$, đặt $x=\frac{h}{100}$.
Giai đoạn 1:
$$C{H}_4+H_{2}O\to CO+3H_2$$
Số mol $C{H}_4$ đã phản ứng là $x$ mol.
Sau giai đoạn 1 có: $C{H}_4$ dư $1-x$ mol, $CO$ là $x$ mol, $H_2$ là $3x$ mol.
Giai đoạn 2:
$$2C{H}_4+O_2\to 2CO+4H_2$$
$1-x$ mol $C{H}_4$ tạo thêm $1-x$ mol CO và $2(1-x)$ mol $H_2$.
Oxygen cần dùng là $\frac{1-x}{2}$ mol. Không khí có $N_2:O_2=4:1$, nên $n_{N_2}=4\cdot \frac{1-x}{2}=2(1-x)$ mol.
Sau giai đoạn 2:
Tổng CO là $x+(1-x)=1$ mol.
Tổng $H_2$ là $3x+2(1-x)=x+2$ mol.
Giai đoạn 3:
$$CO+H_{2}O\to C{O}_2+H_2$$
1 mol CO tạo thêm 1 mol $H_2$.
Vậy sau giai đoạn 3: $n_{H_2}=x+2+1=x+3$ mol.
Sau khi tách $C{O}_2$ và hơi nước, hỗn hợp còn lại gồm $C{O}_2$, $N_2$, $H_2$ và có tỉ lệ $N_2:H_2=1:3$.
Ta có $x+3=3\cdot 2(1-x)$.
Suy ra $x+3=6-6x$, $7x=3$, do đó $x=\frac{3}{7}$.
Vậy $h=\frac{3}{7}\cdot 100\approx 42,9$.
Đáp án: 42,9.

Ban đầu hàm lượng ion $N{H}_4^{+}$ là 510 mg/L. Quy chuẩn tính theo nguyên tố N, nên đổi $N{H}_4^{+}$ về N: m(N) ban đầu = 510 . 14 / 18 = 396,667 mg/L. Yêu cầu sau xử lí không quá 10 mg/L tính theo N, nên lượng N cần loại bỏ trong mỗi lít nước là: 396,667 - 10 = 386,667 mg/L. Số mol N cần loại bỏ trong 1 L: n = 386,667 / 1000 / 14 = 0,027619 mol. Trong công nghệ Sharon - Anammox: Giai đoạn 1: một phần $N{H}_4^{+}$ bị oxi hóa thành $N{O}_2^{-}$. Giai đoạn 2: $N{H}_4^{+}+N{O}_2^{-}\to N_2+2H_{2}O$. Để loại bỏ 0,027619 mol N thì giai đoạn 1 cần oxi hóa một nửa lượng đó: n($N{H}_4^{+}$ bị oxi hóa) = 0,027619 / 2 = 0,0138095 mol/L. Theo phản ứng giai đoạn 1: $2N{H}_4^{+}+3O_2\to 2N{O}_2^{-}+...$ Cứ 2 mol $N{H}_4^{+}$ cần 3 mol $O_2$. n($O_2$ thực sự phản ứng trong 1 L) = 0,0138095 . 3 / 2 = 0,0207143 mol/L. Với 840 m³ = 840000 L nước thải: n($O_2$ thực sự phản ứng) = 0,0207143 . 840000 = 17400 mol. Chỉ có 25\% oxygen sục vào bể tham gia phản ứng, nên số mol $O_2$ cần sục vào là: n($O_2$ sục vào) = 17400 / 0,25 = 69600 mol. Không khí chứa 21\% $O_2$ theo thể tích, nên: n(không khí) = 69600 / 0,21 = 331428,57 mol. Ở điều kiện chuẩn, 1 mol khí có thể tích 24,79 L: V(không khí) = 331428,57 . 24,79 = 8216114,29 L = 8216,11 m³. Làm tròn đến hàng đơn vị: Đáp án: 8216 m³ không khí.