Яка масова частка нітрогену (IV) оксиду, одержаного при каталітичному окисненні амоніаку масою 17 г і об’ємом
Яка масова частка нітрогену (IV) оксиду, одержаного при каталітичному окисненні амоніаку масою 17 г і об’ємом 20 л, відносно теоретичного виходу?
Загадочная_Сова 49
Щоб обчислити масову частку нітрогену (IV) оксиду, одержаного при каталітичному окисненні амоніаку, спочатку потрібно знайти кількість речовини амоніаку, яка використовується за допомогою ідеального газового закону.Візьмемо увагу, що наш вихідний газ - амоніак - N(Н₃), має молекулярну масу 17 г/моль (за періодичною таблицею) та об"єм 20 л.
За ідеальним газовим законом, ми можемо використати наступну формулу:
\[ PV = nRT \]
де P - тиск (ми не знаємо його значення), V - об"єм газу (20 л), n - кількість речовини, R - універсальна газова стала (0.0821 л⋅атм/моль⋅К) та T - температура (ми не знаємо її значення).
Оскільки ми шукаємо нітроген (IV) оксид (NO₂), ми знаємо, що відбувається наступна реакція:
\[ 4NH₃ + 7O₂ → 4NO₂ + 6H₂O \]
На основі збалансованої реакції, бачимо, що 4 мол NH₃ дають 4 мол NO₂. Отже, ми можемо записати наступне співвідношення:
\[ \frac{n_{NO₂}}{n_{NH₃}} = \frac{4}{4} \]
Амоніак (NH₃) має молекулярну масу 17 г/моль (як згадано раніше), тому ми можемо використати це значення для перетворення маси амоніаку на кількість речовини.
\[ n_{NH₃} = \frac{m}{M_{NH₃}} \]
де m - маса амоніаку (17 г), \(M_{NH₃}\) - молекулярна маса амоніаку (17 г/моль).
Підставляючи відомі значення, отримуємо:
\[ n_{NH₃} = \frac{17}{17} = 1 \, моль \, NH₃ \]
Оскільки ми знаємо, що співвідношення між NH₃ та NO₂ дорівнює 1:1, отримуємо:
\[ n_{NO₂} = 1 \, моль \, NO₂ \]
Тепер, коли ми знаємо кількість речовини NO₂ (1 моль), ми можемо знайти масу NO₂ за допомогою наступної формули:
\[ m_{NO₂} = n_{NO₂} \times M_{NO₂} \]
Mолекулярна маса NO₂ дорівнює 46 г/моль. Підставляючи відомі значення, отримуємо:
\[ m_{NO₂} = 1 \times 46 = 46 \, г \]
Тепер ми можемо обчислити відносну масову частку NO₂ відносно теоретичного виходу:
\[ \frac{m_{NO₂}}{m_{теор}} \times 100\% \]
де \(m_{теор}\) - маса NO₂, яку ми б отримали, якби реакція пройшла зі стовідсотковим виходом.
Підставляючи відомі значення, отримуємо:
\[ \frac{46}{46} \times 100\% = 100\% \]
Таким чином, масова частка NO₂, одержаного при каталітичному окисненні амоніаку, відносно теоретичного виходу, становить 100\%.