하버 - 보시법에 의하여 암모니아를 합성하고자 한다. 다음 어떠한 반응… | [화학분석기능사 필기] 03년 1회차 기출문제 상세 페이지

1[화학분석기능사 필기] 03년 1회차

하버 - 보시법에 의하여 암모니아를 합성하고자 한다. 다음 어떠한 반응조건을 주면 많은 양의 암모니아를 얻을 수 있는가?
 $\mathrm{N_2} + 3\mathrm{H_2} \;\xrightarrow[\text{촉매}]{}\; 2\mathrm{NH_3} + \text{열}$

많은 양의 촉매를 가한다.

압력을 낮추고 온도를 높인다.

질소와 수소의 분압을 높이고 온도를 낮춘다.

생성되는 암모니아를 제거하고 온도를 높인다.

해설

암모니아 합성은 발열이면서 기체 몰수가 줄어드는 반응이므로, 질소와 수소의 분압을 높이고 온도를 낮출 때 수득량이 커진다.

식을 보면 왼쪽 기체는 N₂ 1몰 + H₂ 3몰 = 4몰, 오른쪽은 NH₃ 2몰이다. 반응물 분압을 올리면(압력을 높이면) 기체 몰수가 적은 오른쪽으로 평형이 이동한다. 또 우변에 열이 나오는 발열 반응이므로 온도를 낮추면 정반응이 촉진된다.

나머지 조건이 부적절한 이유는 다음과 같다.

촉매를 많이 넣어도 평형에 빨리 도달할 뿐 평형의 위치는 바뀌지 않아 수득량이 늘지 않는다
압력을 낮추고 온도를 높이면 두 조건 모두 역반응 쪽으로 평형을 밀어낸다
생성된 암모니아를 없애는 것 자체는 유리하지만, 함께 온도를 높이면 발열 반응인 정반응이 억제된다

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