11I Trainer: Metalle - Reduktion

Chemische Grundlagen der Ammoniaksynthese
Im Jahre 1898 prophezeite der englische Physiker CROOKES eine weltweite Hungersnot, wenn es nicht
bald gelänge, Stickstoffdünger für die Landwirtschaft herzustellen. Vor dem 1. Weltkrieg machte der deutsche
Botaniker Pfeffer darauf aufmerksam, "dass im Kriegsfalle ... die englische Flotte nur die Zufuhr
von Chilesalpeter nach Deutschland verhindern ..." müsste, um den Kampf zu entscheiden. Chilesalpeter
(Natriumnitrat) war die Grundlage für Schießpulver.
Doch alle Versuche, Ammoniak aus den Elementen Stickstoff und Wasserstoff herzustellen, blieben
zunächst erfolglos, denn die Elemente reagieren nur sehr schwer miteinander. 1909 führte HABER in
einem Labor die erste Ammoniaksynthese bei einer Temperatur von 200°C, einem Druck von 20 MPa
(200 bar) und mit Osmium als Katalysator durch. CARl BOSCH entwickelte das Verfahren zur technischen
Reife. Seit 1913 wird Ammoniak nach dem HABER-BOSCH-Verfahren aus den Elementen gewonnen.
1. Zur Gewinnung der reinen Ausgangsstoffe verwendet man heute Erdgas (Methan), aus dem man Wasserstoff
herstellt, und Luft zur Gewinnung von Stickstoff. Kohlenstoffmonooxid wird durch Reaktion mit
Wasser entfernt, wodurch der größte Anteil an Wasserstoff für die Ammoniaksynthese entsteht. Gib die
Reaktionsgleichungen an.
a) Gewinnung von Wasserstoff aus Methan:
(Methan) + (Wasser) ----7
b) Gewinnung von Stickstoff aus Luft:
(Methan) + (Luft) ----7
c) Entfernung von Kohlenstoffmonooxid (Konvertierung):
HABERs Versuchsanlage
2. Gib die Reaktionsgleichung und die Reaktionsart für die Ammoniaksynthese an.
Reaktionsgleichung: _
3. Die Ammoniaksynthese ist eine katalysierte Gleichgewichtsreaktion. Gib mit Hilfe des Prinzips von lE
CHATELIER die günstigsten Bedingungen (Temperatur, Druck, Konzentration) für die Gewinnung einer
hohen Ausbeute an Ammoniak an. Begründe diese.
4. Begründe, weshalb bei der Ammoniaksynthese der Einsatz eines Katalysators besonders wichtig ist.
Welche Auswirkungen hat der Einsatz auf die Reaktionstemperatur?