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Haber Bosch Verfahren

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Was ist das Haber-Bosch-Verfahren und von wem wurde es entwickelt?

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Das Haber-Bosch-Verfahren ist ein chemisches Verfahren zur synthetischen Herstellung von Ammoniak aus den Elementen Stickstoff und Wasserstoff. Entwickelt wurde das Haber-Bosch-Verfahren vor allem von Fritz Haber (1868-1934) und Carl Bosch (1874-1940).

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Warum wurde das Haber-Bosch-Verfahren entwickelt?

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Das Haber-Bosch-Verfahren wurde entwickelt um die Ernährung der Weltbevölkerung sicherzustellen. 

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Was sind die wichtigsten Ammoniak-Folgeprodukte, deren Herstellung erst mit Hilfe des Haber-Bosch-Verfahrens möglich wurde?

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Die wichtigsten Ammoniak-Folgeprodukte, deren Herstellung erst mit Hilfe des Haber-Bosch-Verfahrens möglich wurde, sind zum einen Kunstdünger und zum  anderen ist das Salpetersäure und in Folge Sprengstoffe, Farbstoffe u.v.m.

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Warum ist das Haber-Bosch-Verfahren wichtig?

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Das Haber-Bosch-Verfahren ist wichtig, weil es bisher das einzig sinnvolle Verfahren ist, Stickstoff aus der Luft chemisch nutzbar zu machen. Zudem hat sich der Mensch durch das Haber-Bosch-Verfahren vom natürlichen Stickstoffkreislauf unabhängig gemacht. Um die Ernährung der Weltbevölkerung sicherzustellen, war man nun also nicht mehr auf tierischen Kot als Düngemittel angewiesen. 

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Frage

Wie lautet die Reaktionsgleichung, die das Haber-Bosch-Verfahren nutzt, für die Synthese von Ammoniak?

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Die Reaktionsgleichung, die das Haber-Bosch-Verfahren für die Synthese von Ammoniak nutzt, lautet: 


1 Stickstoffmolekül + 2 Wasserstoffmoleküle -> 2 Ammoniakmoleküle 


oder: 


N2 + 2 H2O -> 2 NH3

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Inwiefern kannst du im Sinne des Haber-Bosch-Verfahrens die Ammoniaksynthese charakterisieren, damit die Ausbeute von Ammoniak  erhöht wird?

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Du kannst die Ammoniaksynthese in 3-facher Weise charakterisieren, damit die Ausbeute von Ammoniak erhöht wird:


  • Da die Bildung von Ammoniak eine volumenvermindernde Reaktion ist, kommt es durch einen hohen Druck zu einer Erhöhung der Ammoniakkonzentration.
  • Da es sich bei der Bildung von Ammoniak um eine exotherme Reaktion handelt, kommt es durch niedrige Temperaturen zu einer Erhöhung der Ammoniakkonzentration.
  • Eine weitere Möglichkeit die Ammoniakausbeute zu erhöhen, ist die Entfernung von Ammoniak aus dem Konzentrationsgemisch, also die Verringerung der Ammoniakkonzentration.
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Was sind nach dem Haber-Bosch-Verfahren die optimalen bzw. ökonomischsten Reaktionsparameter zur Synthese von Ammoniak?

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Nach dem Haber-Bosch-Verfahren sind die optimalen bzw. ökonomischsten Reaktionsparameter zur Synthese von Ammoniak:


  • Druck: 200 bar
  • Temperatur: 450 °C
  • Mengenverhältnis Stickstoff : Wasserstoff = 1 : 3
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Was war entscheidend für den Erfolg und die damit verbundene großtechnische Anwendung des Haber-Bosch-Verfahrens?

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Entscheidend für den Erfolg und die damit verbundene großtechnische Anwendung des Haber-Bosch-Verfahrens war, dass die kostengünstige Gewinnung der Edukte Wasserstoff und Sauerstoff, dem sogenannten Synthesegas, möglich wurde.

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Welche wichtigen Prozessschritte der großtechnischen Ammoniaksynthese nach dem Haber-Bosch-Verfahren kennst du?

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Du kennst folgende nach dem Haber-Bosch-Verfahren wichtigen Prozessschritte der großtechnischen Ammoniaksynthese:


  1. Katalysator
  2. Wäscher
  3. Kompressor
  4. Vorwärmer
  5. Reaktor
  6. Abhitzekessel
  7. Kühler
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Welche Funktion übernimmt der Katalysator im Prozess der großtechnischen Ammoniaksynthese nach dem Haber-Bosch-Verfahren?

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Der Katalysator nach dem Haber-Bosch-Verfahren übernimmt im Prozess der großtechnischen Ammoniaksynthese die Funktion, dass in einem Vorprozess aus Methan, Wasser und Luft bei hohen Temperaturen das Synthesegemisch erzeugt wird.

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Welche Funktion übernimmt der Wäscher im Prozess der großtechnischen Ammoniaksynthese nach dem Haber-Bosch-Verfahren?

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Der Wäscher nach dem Haber-Bosch-Verfahren übernimmt im Prozess der großtechnischen Ammoniaksynthese die Funktion, dass das Gemisch von unerwünschten Substanzen wie Kohlenmonoxid und Schwefeldioxid gereinigt wird.

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Welche Funktion übernimmt der Kompressor im Prozess der großtechnischen Ammoniaksynthese nach dem Haber-Bosch-Verfahren?

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Der Kompressor nach dem Haber-Bosch-Verfahren übernimmt im Prozess der großtechnischen Ammoniaksynthese die Funktion, dass das Gasgemisch aus Stickstoff und Wasserstoff in ihm verdichtet und komprimiert wird.

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Welche Funktion übernimmt der Vorwärmer im Prozess der großtechnischen Ammoniaksynthese nach dem Haber-Bosch-Verfahren?

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Der Vorwärmer nach dem Haber-Bosch-Verfahren übernimmt im Prozess der großtechnischen Ammoniaksynthese die Funktion, dass das Gasgemisch mit der Abwärme aus dem Kühlkreislauf vorgewärmt wird, bevor es zur Synthese in  den Reaktor geleitet wird.

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Welche Funktion übernimmt der Reaktor im Prozess der großtechnischen Ammoniaksynthese nach dem Haber-Bosch-Verfahren?

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Der Reaktor nach dem Haber-Bosch-Verfahren übernimmt im Prozess der großtechnischen Ammoniaksynthese die Funktion, dass das Gasgemisch an einem Katalysator, der bspw. aus Eisen- und Aluminiumoxid besteht, entlang strömt. Dabei reagieren Wasser- und Stickstoff bei sehr hohem Druck - zwischen 150 und 300 bar - und bei hohen Temperaturen von bis zu 500 °C miteinander. Die stabile 3-fach-Bindung des Luftstickstoffs wird gelöst. Schrittweise lagern sich Wasserstoffatome an den entstandenen Stickstoffatomen an. Es bilden sich Ammoniak-Moleküle.

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Welche Funktion übernimmt der Abhitzekessel im Prozess der großtechnischen Ammoniaksynthese nach dem Haber-Bosch-Verfahren?

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Der Abhitzekessel nach dem Haber-Bosch-Verrfahren übernimmt im Prozess der großtechnischen Ammoniaksynthese die Funktion, dass das heiße Ammoniakgas in ihm abgekühlt wird.

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Welche Funktion übernimmt der Kühler im Prozess der großtechnischen Ammoniaksynthese nach dem Haber-Bosch-Verfahren?

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Der Kühler nach dem Haber-Bosch-Verfahren übernimmt im Prozess der großtechnischen Ammoniaksynthese die Funktion, dass die nicht umgesetzten Bestandteile des ursprünglichen Gasgemischs dem Reaktor wieder zugeführt werden. Denn es können nicht alle Eingangsprodukte während der Synthese im Reaktor umgesetzt werden. Des Weiteren wird das abgeschiedene Ammoniakgas in einen Tank geleitet.

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Was ist die Problematik, die sich bei der großtechnischen Ammoniaksynthese nach dem Haber-Bosch-Verfahren ergibt?

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Die Problematik, die sich bei der großtechnischen Ammoniaksynthese nach dem Haber-Bosch Verfahren ergibt, ist, dass die künstliche Fixierung von Stickstoff den Grundstein für den heute herrschenden Stickstoffüberschuss legte.

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Welche negativen Konsequenzen bringt der durch das Haber-Bosch-Verfahren verursachte Stickstoffüberschuss mit sich?

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Der durch das Haber-Bosch-Verfahren verursachte Stickstoffüberschuss brachte Folgendes mit sich:


  • Belastung und Verunreinigung des Grund- und Oberflächenwassers, der Binnengewässer und der Meere
  • Versorgung von Landökosystemen mit übermäßig Nährstoffen; Folge = Entstehung von Treibhausgasen und Luftschadstoffen
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