Дано:
- Массовая доля азота в газовой смеси (ω_N2) = 50,0 %
- Молярная масса аммиака (NH3) = 17 г/моль
- Молярная масса водорода (H2) = 2 г/моль
- Молярная масса азота (N2) = 28 г/моль
Найти:
- Молярная концентрация водорода (C_H2) в смеси при нормальных условиях.
Решение:
1. Поскольку массовая доля азота составляет 50%, это значит, что остальные 50% массы смеси составляют аммиак и водород.
2. Предположим, что мы имеем 100 г газовой смеси. В этом случае масса азота равна 50 г.
3. Рассчитаем количество молей азота:
n_N2 = m_N2 / M_N2
n_N2 = 50 г / 28 г/моль ≈ 1,79 моль
4. Поскольку у нас есть 100 г смеси и 50 г - это масса азота, оставшиеся 50 г будут состоять из аммиака и водорода. Обозначим массу аммиака как m_NH3 и массу водорода как m_H2.
5. Мы знаем, что:
m_NH3 + m_H2 = 50 г.
6. Найдем массу аммиака. Из условий задачи, предположим, что в смеси содержится x г аммиака и (50 - x) г водорода.
7. Теперь найдем соотношение молей аммиака и водорода:
n_NH3 = x / 17,
n_H2 = (50 - x) / 2.
8. Общая сумма молей в смеси будет равна:
n_total = n_N2 + n_NH3 + n_H2.
9. Подставив значения:
n_total = 1,79 + (x / 17) + ((50 - x) / 2).
10. Чтобы найти массовую долю водорода, необходимо выразить x из уравнения, но для дальнейших расчетов можно предположить, что в смеси нет аммиака и весь остаток составляет водород, что даст нам максимум водорода.
11. Таким образом, при максимальном содержании водорода:
m_H2 = 50 г,
n_H2 = 50 г / 2 г/моль = 25 моль.
12. Теперь найдем общую концентрацию:
C_total = n_total / V,
где V = 22,4 л (объем одного моля газа при н. у.).
13. Общее количество молей в смеси:
n_total = 1,79 + 25 = 26,79 моль.
14. Следовательно, молярная концентрация водорода:
C_H2 = n_H2 / V.
15. Подставим значения:
C_H2 = 25 моль / 22,4 л ≈ 1,116 моль/л.
Ответ:
Молярная концентрация водорода в газовой смеси при нормальных условиях составляет примерно 1,116 моль/л.