Дано:
- Объемное соотношение воздуха и аммиака: 25:4
- Содержание кислорода в воздухе: 20%
- Температура: 110°C
- Давление: 1 атм
Найти:
- Объемные доли газов в полученной смеси после реакции
Решение:
1. Определим объем кислорода и азота в воздухе. Поскольку воздух состоит из 20% кислорода и 80% азота, в объеме воздуха 25 условных единиц:
- Кислород: 25 × 0.20 = 5 единиц
- Азот: 25 × 0.80 = 20 единиц
Итак, объемная доля газов в исходной смеси:
- Кислород: 5 единиц
- Азот: 20 единиц
- Аммиак: 4 единицы
2. Реакция между кислородом и аммиаком в присутствии платино-родиевого катализатора:
4 NH3 + 3 O2 → 2 N2 + 6 H2O
Рассчитаем стехиометрические соотношения:
- На 4 объемных единицы аммиака требуется 3 объемных единицы кислорода.
- Реакция приводит к образованию 2 объемных единиц азота и 6 объемных единиц воды.
Для 4 единиц аммиака потребуется:
- 4 × (3/4) = 3 единицы кислорода
После реакции:
- Входные объемы кислорода и аммиака: 5 единиц кислорода, 4 единицы аммиака.
- Из 5 единиц кислорода уходит 3 единицы на реакцию с аммиаком.
Остаток кислорода: 5 - 3 = 2 единицы
Аммиак полностью расходуется: 4 единицы аммиака.
Образуется:
- 2 × (2/4) = 2 единицы азота
- 6 × (4/4) = 6 единиц воды (в газообразном состоянии при данной температуре)
Итоговые объемы газов:
- Азот: 20 (начально) - 2 (потребляемый) = 18 единиц
- Кислород: 2 единицы (остаток)
- Вода: 6 единиц
В сумме: 18 (азот) + 2 (кислород) + 6 (вода) = 26 единиц
Доли по объему:
- Азот: 18 / 26 = 9 / 13 ≈ 0.692
- Кислород: 2 / 26 = 1 / 13 ≈ 0.077
- Вода: 6 / 26 = 3 / 13 ≈ 0.231
Ответ:
- Объемная доля азота: 0.692 (69.2%)
- Объемная доля кислорода: 0.077 (7.7%)
- Объемная доля воды: 0.231 (23.1%)