W syntezie mocznika podstawą obliczeń jest równanie reakcji:
CO2 + 2NH3 → CO(NH2)2 + H2O
Z niego wynika stosunek stechiometryczny ilości substancji NH3:CO2 = 2:1. Jeżeli do reaktora wprowadza się 21 kmol CO2, to przy założeniu stechiometrii potrzeba 2 razy więcej amoniaku, czyli 42 kmol NH3. To jest pierwszy, kluczowy krok – pominięcie współczynnika "2" jest najczęstszą przyczyną błędu.
Kolejny etap to przejście z ilości substancji na masę. Wykorzystuje się masę molową amoniaku (NH3) oraz zależność m = n·M. W praktyce procesowej wygodnie liczyć w kmol i kg: 1 kmol ma masę równą masie molowej wyrażonej w kg/kmol, więc po wyznaczeniu liczby kmol łatwo uzyskać masę całkowitą.
Ostatni etap to przeliczenie masy ciekłego amoniaku na objętość. Dla cieczy obowiązuje zależność:
V = m/ρ
gdzie ρ to gęstość ciekłego NH3. I tu pojawia się ważny aspekt technologiczny: gęstość amoniaku silnie zależy od temperatury i ciśnienia. W zadaniach egzaminacyjnych przyjmuje się zwykle konkretną wartość z tablic (albo wynikającą z warunków procesu), a następnie wykonuje obliczenie objętości w dm3.
Dlaczego pozostałe odpowiedzi są błędne? Zazwyczaj odpowiadają typowym pomyłkom:
- zbyt małe objętości – wynikają z użycia stosunku 1:1 zamiast 2:1 albo z błędnej konwersji kmol → mol,
- zbyt duża objętość – często jest skutkiem potraktowania amoniaku jak gazu i użycia przeliczenia 22,4 m3/kmol, które nie dotyczy cieczy,
- inne rozbieżności – to najczęściej błąd w jednostkach gęstości (g/cm3 vs kg/m3) lub objętości (m3 vs dm3).
Na egzaminie warto zawsze sprawdzić: (1) czy użyto właściwego stosunku molowego, (2) czy gęstość dotyczy ciekłego NH3 i odpowiednich warunków, (3) czy jednostki w V=m/ρ są spójne.
