Дано:
ρ(смесь) = 1.194 г/л
Найти:
ω(N2), ω(H2O), ω(O2) (или ω(NO), если избыток кислорода) в конечной смеси
Решение:
Пусть в исходной смеси было x моль NH3 и y моль O2.
M(смесь) = ρ(смесь) * Vm = 1.194 г/л * 22.4 л/моль = 26.7 г/моль
(17x + 32y) / (x + y) = 26.7
17x + 32y = 26.7x + 26.7y
9.7x = 5.3y
y = 9.7x / 5.3 ≈ 1.83x
Уравнение каталитического окисления аммиака:
4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O
Если кислорода достаточно для полного окисления аммиака (y >= 1.25x), то:
n(NH3) = x n(O2) = 1.83x
n(O2) реагирует: (5/4)x = 1.25x
n(O2) остаток: 1.83x - 1.25x = 0.58x
n(NO) = x n(H2O) = 1.5x
Общее число молей после реакции: x + 0.58x + x + 1.5x = 4.08x
m(NO) = 30x m(H2O) = 27x m(O2) = 32 * 0.58x = 18.56x
m(смесь) = 30x + 27x + 18.56x = 75.56x
ω(NO) = (30x / 75.56x) * 100% ≈ 39.7% ω(H2O) = (27x / 75.56x) * 100% ≈ 35.7% ω(O2) = (18.56x / 75.56x) * 100% ≈ 24.6%
Если кислорода недостаточно, то аммиак будет окисляться до N2:
4NH3 + 3O2 = 2N2 + 6H2O
В этом случае все кислород прореагирует, и:
n(N2) = (2/3) * 1.83x = 1.22x n(H2O) = 2 * 1.83x = 3.66x
m(N2) = 28 * 1.22x = 34.16x m(H2O) = 18 * 3.66x = 65.88x
m(смесь) = 34.16x + 65.88x = 100.04x
ω(N2) = (34.16x / 100.04x) * 100% ≈ 34.1% ω(H2O) = (65.88x / 100.04x) * 100% ≈ 65.8%
Ответ: Массовые доли зависят от соотношения аммиака и кислорода в исходной смеси. Если кислорода достаточно для полного окисления до NO: ω(NO) ≈ 39.7%, ω(H2O) ≈ 35.7%, ω(O2) ≈ 24.6%. Если кислорода недостаточно: ω(N2) ≈ 34.1%, ω(H2O) ≈ 65.8%.