В герметичный сосуд поместили азот и водород, химические количества которых соответственно равны 4 моль и 6 моль, а затем смесь нагрели в присутствии катализатора. Рассчитайте массовую долю аммиака в смеси к тому моменту, когда в реакцию вступило 70 % водорода.
от

1 Ответ

дано:  
- Количество молей азота n(N2) = 4 моль  
- Количество молей водорода n(H2) = 6 моль  
- Процент водорода, вступившего в реакцию = 70 %  

найти:  
- Массовую долю аммиака в смеси w(NH3) = ?

решение:  
Сначала определим, сколько молей водорода вступает в реакцию.  
Количество молей водорода, которое реагирует:  
n(H2) реагирующий = 0,7 * n(H2) = 0,7 * 6 моль = 4,2 моль  

Теперь определим, сколько молей азота реагирует с этим количеством водорода. Уравнение реакции синтеза аммиака:  
N2 + 3H2 -> 2NH3  
Согласно уравнению, на 1 моль N2 требуется 3 моли H2. Для 4,2 моль H2 требуется:  
n(N2) реагирующий = (1/3) * n(H2) реагирующий = (1/3) * 4,2 моль = 1,4 моль  

Теперь определим количество образовавшегося аммиака:  
По уравнению 1 моль N2 дает 2 моль NH3, следовательно:  
n(NH3) = 2 * n(N2) реагирующий = 2 * 1,4 моль = 2,8 моль  

Теперь определим оставшееся количество молей газов после реакции:  
Оставшийся водород:  
n(H2) оставшийся = n(H2) - n(H2) реагирующий = 6 моль - 4,2 моль = 1,8 моль  
Оставшийся азот:  
n(N2) оставшийся = n(N2) - n(N2) реагирующий = 4 моль - 1,4 моль = 2,6 моль  

Теперь посчитаем общую массу всех компонентов.  
Молярные массы:  
M(N2) = 28 г/моль  
M(H2) = 2 г/моль  
M(NH3) = 17 г/моль  

Масса образовавшегося аммиака:  
m(NH3) = n(NH3) * M(NH3) = 2,8 моль * 17 г/моль = 47,6 г  

Масса оставшегося водорода:  
m(H2) оставшийся = n(H2) оставшийся * M(H2) = 1,8 моль * 2 г/моль = 3,6 г  

Масса оставшегося азота:  
m(N2) оставшийся = n(N2) оставшийся * M(N2) = 2,6 моль * 28 г/моль = 72,8 г  

Теперь найдем общую массу смеси:  
m(смеси) = m(NH3) + m(H2) оставшийся + m(N2) оставшийся  
m(смеси) = 47,6 г + 3,6 г + 72,8 г = 124 г  

Теперь рассчитаем массовую долю аммиака:  
w(NH3) = m(NH3) / m(смеси) * 100%  
w(NH3) = 47,6 г / 124 г * 100% ≈ 38,39%

ответ:  
Массовая доля аммиака в смеси составляет примерно 38,39 %.
от