Яка об ємна частка продукту у відсотках виходу відносно теоретичного значення після пропускання суміші водню з азотом

Pufik

54

Спасибо за ваш запрос. Для решения этой задачи, вам понадобятся следующие данные:
- Объем азота (в нормальных условиях) - 67,2 л;
- Объем аммиака - неизвестный.

Чтобы найти объемный процент продукта, нам нужно сравнить фактический объем продукта с теоретическим объемом, и выразить результат в процентах.

Сначала рассчитаем теоретический объем аммиака на основе данного объема азота.
Реакция газообразного азота с водородом дает газообразный аммиак по уравнению:

\[ N_2 + 3H_2 → 2NH_3 \]

Мольное соотношение указывает на то, что каждые 1 моль азота требуется 3 моля водорода для образования 2 моль аммиака.

Так как азот представлен в объемных единицах, мы должны перевести его в мольные единицы с использованием уравнения состояния идеального газа:

\[ V = nRT/P \]

где:
V - объем газа в литрах,
n - количество молей газа,
R - универсальная газовая постоянная (0,0821 л * атм/моль * K),
T - температура в Кельвинах,
P - давление в атмосферах.

Поскольку объем азота дан в нормальных условиях (н.у.), давление и температура уже приведены к своим нормальным значениям, а поэтому давление равно 1 атмосфере, а температура 273 К.

Масса азота (m) может быть вычислена с использованием идеального газового закона:

\[ m = PV/RT \]

где:
P - давление,
V - объем,
R - универсальная газовая постоянная (0,0821 атм * л/(моль * K)),
T - температура.

Масса азота будет:

\[ m = (1 атмосфера) \cdot (67,2 л) / (0,0821 атм \cdot л/(моль \cdot К) \cdot 273 К) \]

\[ m = 2,7179 моля \]

Теперь мы знаем количество молей азота в реакции.
Согласно стехиометрическому соотношению, 1 моль азота требуется для образования 2 моль аммиака. Таким образом, объем аммиака будет:

\[ V_{ammonia} = (2,7179 моля \cdot 2 \cdot 22,4 л/моль) = 121,9 л \]

Теперь, чтобы найти объемную долю (в процентах) аммиака, вам нужно разделить фактический объем аммиака на теоретический объем и умножить на 100:

\[ Объемная \; доля \; (в \; \% ) = (V_{аммиака}/V_{теоретического}) \cdot 100 \]

\[ Объемная \; доля = (121,9 \; л / 67,2 \; л) \cdot 100 = 181,75\% \]

Таким образом, объемная доля аммиака составляет 181,75%.

Важно отметить, что объемная доля, превышающая 100%, связана с ошибками, такими как потери вещества во время реакции или погрешностьми измерения.