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 %.