Przemysłowa synteza mocznika przebiega dwuetapowo (proces Boscha‑Meisera) jako układ reakcji równowagowych. Najpierw szybko tworzy się karbaminian amonu zgodnie z reakcją: 2NH3 + CO2 → NH2COONH4. Następnie karbaminian ulega wolniejszemu odwodnieniu do mocznika: NH2COONH4 → CO(NH2)2 + H2O.
Warunki prowadzenia procesu są kompromisem między kinetyką i równowagą. Dlatego w praktyce przemysłowej utrzymuje się temperaturę około 180–200°C (typowy zakres pracy reaktora). Jest to wystarczająco wysoka temperatura, aby reakcje zachodziły z użyteczną szybkością, ale nadal zgodna z warunkami pracy instalacji wysokociśnieniowej.
Kluczowy jest też stosunek molowy NH3:CO2. Stechiometrycznie dla pierwszego etapu wynosi on 2:1, jednak w przemyśle stosuje się nadmiar amoniaku (około 3–4:1). Mechanizm jest typowy dla reakcji równowagowych: zwiększenie ilości NH3 przesuwa równowagę w stronę produktów i pozwala uzyskać wyższą konwersję CO2.
- Odpowiedź "180–200°C; 3–4:1" jest poprawna, bo łączy typowy zakres temperatur procesu z praktykowanym nadmiarem NH3.
- "180–200°C; 1:3" oznacza nadmiar CO2, co działa w przeciwnym kierunku niż pożądane przesuwanie równowagi nadmiarem amoniaku.
- "200–220°C; 3–4:1" zawyża temperaturę względem typowego zakresu; sama proporcja może brzmieć wiarygodnie, ale parametr temperatury nie pasuje do standardowych danych procesowych.
- "160–170°C; 3–4:1" zaniża temperaturę; nawet przy dobrym stosunku molowym reakcje byłyby wolniejsze, a warunki odbiegałyby od typowych dla instalacji przemysłowych.
Wskazówka egzaminacyjna: gdy w odpowiedziach pojawia się stosunek molowy, sprawdź najpierw stechiometrię (2:1), a potem pamiętaj o zasadzie przemysłowej: dla zwiększenia konwersji zwykle stosuje się nadmiar jednego z reagentów (tu: NH3).
