Дано:
- Объем смеси азота (N2) и водорода (H2) после прохождения через контактный аппарат и поглощения аммиака уменьшился на 20%.
- В оставшейся смеси водород составляет 40% по объему.
Найти:
- Объемный состав исходной смеси.
Решение:
1. Обозначим объем исходной смеси как V. Тогда объем смеси после поглощения аммиака составляет 0.8V (так как объем уменьшился на 20%).
2. Пусть начальная концентрация водорода в смеси составляет x% (по объему), а концентрация азота – (100 - x)% по объему.
3. Обозначим объем водорода и азота в исходной смеси как V_H2 и V_N2 соответственно. Мы имеем:
V_H2 = (x/100) * V
V_N2 = ((100 - x)/100) * V
4. В реакции образования аммиака (3H2 + N2 → 2NH3) каждый моль азота реагирует с тремя молями водорода. Таким образом, из реакции пропорционально исчезает водород и азот. При этом образующийся аммиак (NH3) поглощается, и объем смеси уменьшается на 20%.
5. Объем после реакции – 0.8V. При этом водород в остатке составляет 40% от 0.8V:
V_H2_остаток = 0.4 * 0.8V = 0.32V
6. Из общего количества водорода, которое было изначально, вычтем оставшийся объем водорода, чтобы найти объем водорода, поглощенного при реакции. Количество поглощенного водорода = (x/100 * V) - 0.32V
7. Из объема, который исчез из смеси, можно выразить объем поглощенного водорода. Так как объем смеси после поглощения на 20% меньше, это можно выразить как:
Объем поглощенного газа = 0.2V
8. С учетом того, что объем поглощенного газа соответствует поглощению аммиака, можно установить пропорции между поглощенным водородом и азотом.
9. Система уравнений:
x/100 * V - 0.32V = 0.2V (для водорода)
Значит, x = 40% (проверка)
10. Итак, начальная концентрация водорода в смеси составляет 40% по объему. Значит, начальная концентрация азота составляет 60%.
Ответ:
Исходная смесь состоит из 40% водорода и 60% азота по объему.