Дано:
Количество вещества азота N2 = 2 моль
Количество вещества водорода H2 = 8 моль
Объёмная доля аммиака (NH3) в реакции, которую нужно найти
Объём реакции снизился на 5,6%
Найти: объёмная доля аммиака в полученной газовой смеси.
Решение:
1. Составим уравнение реакции синтеза аммиака:
N2(g) + 3H2(g) → 2NH3(g).
2. Рассчитаем начальные объёмы газов при нормальных условиях. При нормальных условиях 1 моль газа занимает объём 22,4 л, значит:
- Объём азота: V(N2) = 2 моль × 22,4 л/моль = 44,8 л.
- Объём водорода: V(H2) = 8 моль × 22,4 л/моль = 179,2 л.
Общий начальный объём смеси газов:
Vначальный = V(N2) + V(H2) = 44,8 л + 179,2 л = 224 л.
3. Объём реакции снизился на 5,6%, значит, объём после реакции составил:
Vпосле = Vначальный × (1 - 0,056) = 224 л × 0,944 = 211,4 л.
4. Рассчитаем объём, который ушёл на образование аммиака. Из уравнения реакции видно, что на 1 моль N2 и 3 моль H2 образуются 2 моль NH3. Поэтому можно рассчитать объём аммиака, который образуется из 2 моль азота и 8 моль водорода:
- Молекулы азота и водорода в реакции расходуются полностью, и образуется 4 моль NH3, что соответствует объёму:
V(NH3) = 4 моль × 22,4 л/моль = 89,6 л.
5. Теперь можно найти объём аммиака в смеси. Объём реакции составил 211,4 л, а объём аммиака — 89,6 л. Тогда объёмная доля аммиака в газовой смеси будет вычисляться по формуле:
ω(NH3) = V(NH3) / Vпосле = 89,6 л / 211,4 л ≈ 0,424.
Ответ:
Объёмная доля аммиака в полученной газовой смеси составляет примерно 0,424 или 42,4%.