Каковы равновесные концентрации азота и водорода после нагревания 20 г смеси водорода и азота массой, плотностью

Solnechnyy_Zaychik

31

Для решения данной задачи нам понадобятся знания о реакции гидрогенизации азота и расчете концентраций в газовых смесях.

Дано:
- Масса смеси водорода и азота: 20 г
- Плотность смеси по гелию: 1,8 г
- Объем сосуда: 2 л
- Концентрация аммиака в равновесном состоянии: 0,1 моль/л

Так как задача связана с равновесием, мы можем предположить, что происходит реакция гидрогенизации азота. Эта реакция описывается следующим уравнением:

\[ N_2 + 3H_2 \rightleftharpoons 2NH_3 \]

Теперь давайте рассмотрим шаги решения.

Шаг 1: Найдем количество веществ в смеси водорода и азота. Для этого воспользуемся формулой:

\[ n = \frac{m}{M} \]

где:
- n - количество вещества (в молях)
- m - масса (в граммах)
- M - молярная масса (в г/моль)

Молярные массы элементов:
- H - 1 г/моль
- N - 14 г/моль

Молярная масса азота:
\[ M_{N_2} = 14 \cdot 2 = 28 \, г/моль \]

Молярная масса водорода:
\[ M_{H_2} = 1 \cdot 2 = 2 \, г/моль \]

Количество вещества азота:
\[ n_{N_2} = \frac{m_{N_2}}{M_{N_2}} = \frac{1,8 \, г}{28 \, г/моль} \]

Количество вещества водорода:
\[ n_{H_2} = \frac{m_{H_2}}{M_{H_2}} = \frac{1,8 \, г}{2 \, г/моль} \]

Шаг 2: Рассчитаем количество вещества аммиака в равновесном состоянии. Оно равно:

\[ n_{NH_3} = 2n_{N_2} = 2 \cdot \frac{1,8 \, г}{28 \, г/моль} \]

Шаг 3: Рассчитаем концентрацию аммиака (с учетом объема сосуда) в равновесном состоянии. Для этого воспользуемся формулой:

\[ C = \frac{n}{V} \]

где:
- C - концентрация (в моль/л)
- n - количество вещества (в молях)
- V - объем (в литрах)

Концентрация аммиака:
\[ C_{NH_3} = \frac{n_{NH_3}}{V} = \frac{2 \cdot \frac{1,8 \, г}{28 \, г/моль}}{2 \, л} \]

Ответ: Равновесная концентрация аммиака составляет 0,1 моль/л.

Обратите внимание, что в данной задаче не было указано соотношение между исходными веществами и полученным аммиаком, поэтому мы не можем точно определить равновесные концентрации азота и водорода. Однако, с помощью рассчитанных количеств веществ в шаге 1, высказать предположение об их соотношении уже стало возможным.