हैबर प्रक्रम (Haber process) द्वारा अमोनिया के उत्पादन में सामान्यतः किस गैस का उपयोग किया जाता है?

Question

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The correct answer is B: नाइट्रोजन. हैबर प्रक्रम वायुमंडलीय नाइट्रोजन ($N_2$) को हाइड्रोजन ($H_2$) गैस के साथ अभिकृत करके अमोनिया ($NH_3$) का उत्पादन करने की औद्योगिक विधि है। इस संश्लेषण के लिए नाइट्रोजन आवश्यक मूल कच्चा माल है, जो सिंथेटिक उर्वरक बनाने के लिए अनिवार्य है।

Step-by-Step Solution & Concepts:
हैबर प्रक्रम वायुमंडलीय नाइट्रोजन ($N_2$) को हाइड्रोजन ($H_2$) गैस के साथ अभिकृत करके अमोनिया ($NH_3$) का उत्पादन करने की औद्योगिक विधि है। इस संश्लेषण के लिए नाइट्रोजन आवश्यक मूल कच्चा माल है, जो सिंथेटिक उर्वरक बनाने के लिए अनिवार्य है।

Working Principle: इस प्रक्रम में लोहे के उत्प्रेरक की उपस्थिति में उच्च दाब ($200 	ext{ atm}$) और मध्यम तापमान ($450^{\circ}	ext{C}$) पर होने वाली एक ऊष्माक्षेपी उत्क्रमणीय अभिक्रिया शामिल है। अभिक्रिया है: $N_2(g) + 3H_2(g) ightleftharpoons 2NH_3(g)$ ($ \Delta H = -92 	ext{ kJ/mol} $)। ला शातेलिए के सिद्धांत के अनुसार, उच्च दाब गैस के कम मोलों वाले पक्ष का पक्ष लेता है, जिससे अमोनिया की उपज अधिकतम हो जाती है।

Key Formulas: $N_2 + 3H_2 ightleftharpoons 2NH_3$ — अमोनिया संश्लेषण के लिए हैबर-बॉश समीकरण; $\Delta H = -92 	ext{ kJ/mol}$ — अभिक्रिया का एन्थैल्पी परिवर्तन, जो यह दर्शाता है कि यह ऊष्माक्षेपी है

Key Points: यह प्रक्रम अभिक्रिया की दर को बढ़ाने के लिए उत्प्रेरक के रूप में लोहे का उपयोग करता है।; उपयोग की जाने वाली नाइट्रोजन और हाइड्रोजन का अनुपात आयतन के अनुसार सामान्यतः 1:3 होता है।; हैबर प्रक्रम वैश्विक खाद्य सुरक्षा के लिए महत्वपूर्ण है क्योंकि यह नाइट्रोजन-आधारित उर्वरकों के लिए अमोनिया का उत्पादन करता है।

Advantages: उच्च औद्योगिक उत्पादन दक्षता; बड़े पैमाने पर कृषि उत्पादन के लिए आवश्यक

Disadvantages: अत्यधिक दाब और तापमान की स्थिति के कारण उच्च ऊर्जा इनपुट की आवश्यकता होती है; हाइड्रोजन गैस का उत्पादन करने के लिए जीवाश्म ईंधन पर निर्भरता

Applications: अमोनियम नाइट्रेट और यूरिया जैसे उर्वरकों का उत्पादन; नाइट्रिक एसिड और औद्योगिक विस्फोटकों का संश्लेषण

Additional Info: उपयोग किया जाने वाला दाब सामान्यतः 150-250 वायुमंडल के बीच होता है।. विकल्प A (ऑक्सीजन) गलत है क्योंकि यह अमोनिया संश्लेषण के बजाय दहन का कारण बनेगा।. विकल्प C (क्लोरीन) अत्यधिक प्रतिक्रियाशील है और अमोनिया नहीं, बल्कि विभिन्न यौगिक बनाएगा।. विकल्प D (हीलियम) एक अक्रिय उत्कृष्ट गैस है और इस संश्लेषण के लिए रासायनिक बंधन में भाग नहीं लेती है।

Answer: B सही है — हाइड्रोजन के साथ संयोजन के माध्यम से अमोनिया बनाने के लिए हैबर प्रक्रम में नाइट्रोजन गैस ($N_2$) प्राथमिक अभिकारक के रूप में कार्य करती है।

Exam Tip: हैबर प्रक्रम में नाइट्रोजन और हाइड्रोजन के 1:3 अनुपात को हमेशा याद रखें, क्योंकि प्रतियोगी परीक्षाओं में यह एक बार-बार पूछा जाने वाला संख्यात्मक तथ्य है।

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Option A: ऑक्सीजन

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Option C: क्लोरीन

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Option D: हीलियम

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