Chemie/Chemieunterricht. Diverse Materialien zum Fachbereich Chemie

Großtechnische Verfahren:
Haber Bosch Verfahren

Kohl Unterrichts-materialien


1. Ammoniak und seine Herstellung

Eigenschaften: farbloses, stechend riechendes Gas, giftig, reagiert mit Wasser alkalisch
Verwendung: Herstellung von KUnststoffen, Farbstoffen, Stickstoffdünger, Sprengstoffe, Kühlmittel von Großkühlanlagen.
Strukturformel. Ammoniak - Strukturformel Stickstoff steht in der 5. Hauptgruppe und hat somit 5 Außenelektronen (Valenzelektronen). Gemäß der Lewis Schreibweise verfügt es über ein Elektronenpaar sowie über 3 einzelne Valenzelektronen. Somit kann sich Stickstoff mit 3 Wasserstoffatomen verknüpfen.
Ammoniak - Lewis Schreibweise
Haber-Bosch-Verfahren:

- Im 20. Jahrhundert von dem Chemiker Haber und dem Ingenieur Bosch entwickelt worden
- Herstellung von Ammoniak aus Stickstoff der Luft und Wasserstoff.

Vorteil des Verfahrens:
Da Stickstoff in praktisch unbegrenzter Menge in der Luft zur Verfügung steht, entfallen die Kosten für den Einkauf von Stickstoff. Der Stickstoff kann der Luft entnommen werden.

N2+ 3 H2 2 NH3



a) Synthese vom Ausgangsstoff Wasserstoff


Wasserstoff wird über folgende Gleichungen gewonnen:
Erdgas + Wasserdampf Kohlenmonoxid + Wasserstoff
CH4(g) + H2O (g)
CO
+ 3 H2     (endotherm)



Erdgas + Sauerstoff + Stickstoff Kohlenmonoxid
+ Stickstoff
+ Wasserstoff
2 CH4(g)
+ O2(g)
+ 4 N2 (g)
2 CO(g)
+ 4 N2(g)
+ 4 H2(g)



Kohlenmonoxid + Wasserdampf
Kohlenstoffdioxid
+ Wasserstoff
CO(g) + H2O (g)
CO2(g)
+ H2(g)


b) Gewinnung von Stickstoff aus der Luft


Stickstoff wird aus der Luft mittels Gasverflüssigung gewonnen.
Bei der Gasverflüssigung wird Luft bis unter die kritische Temperatur bei gleichzeitiger Kompression auf den kritischen Druck gebracht. Die kritische Temperatur beträgt bei Luft -140°C. Das wichtigste Verfahren zur technischen Durchfürung ist das Linde Verfahren.

Synthesereaktion:

N2+ 3 H2 2 NH3


Die Synthese von Ammoniak erfolgt bei sehr hohem Druck und einer Temperatur von 450°C in Anwesenheit eines Katalysators.

Herstellung von Ammoniak nach dem Haber Bosch Verfahren

Merke:
Die Synthese von Ammoniak ist eine Gleichgewichtsreaktion. Ein möglichst hoher Druck führt zu einer wünschenswerten Verschiebung des Gleichgewichtes nach rechts in Richung der Produkte und damit zu einer höheren Ausbeute.

Da es sich um einen exothermen Vorgang handelt, führen höhere Temperaturen zu einer Verschiebung des Gleichgewichtes nach links in Richtung der Edukte, was nicht wünschenswert ist.

Insofern könnte eine optimale Ausbeute im Haber Bosch Verfahren durch möglichst hohen Druck bei gleichzeitig niedrigen Temperatur erreicht werden. Der eingesetze Katalysator (Eisen- und Chromoxide) erfordern jedoch eine gewisse Mindesttemperatur. Ein noch höherer Druck wäre wegen der Diffusionsproblematik des Wasserstoffs problematisch.

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