Question

. В процессе синтеза аммиака давление в реакторе упало на 10 %. Определите состав полученной после реакции газовой смеси (в об. %), если в исходной смеси содержание азота и водорода отвечало стехиометрическому соотношению. Ответ. 22,2 % N2; 66,7 % Н2; 11,1 % NH3.

Answer 1

N2 + 3H2 = 2NH3
пусть смеси было 10 л. Тогда если исходные газы были в стех кол-ве, то начальные объемы их V(N2)=2.5, V(H2)=7.5
пусть прореагировало х л азота, тогда израсходовалось 3х л водорода и образовалось 2х л аммиака. Тодга осталось азота (2.5-х)л, водорода (7.5-3х) и получилось 2х л амммиака. Из них складывается конечный объем:
если было 10 л, то после реакции стало 9л(уменьшение на 10%):
(2.5-х) + (7.5-3х) + 2х=9
х=0.5
тогда азота 2.5-0.5=2л
водорода 7.7-3*0.5=6л
аммиак 1л
состав:
азот 2*100%/9=22.2%
водород 6*100%/9=66.7%
аммиак 1*100%/9=11.1%

Answer 2

Задача состоит в определении состава газовой смеси после реакции синтеза аммиака, если давление в реакторе упало на 10% и исходная смесь содержала азот и водород в стехиометрическом соотношении.

Предположим, изначально объем смеси составлял 100 единиц (моля или процентов) для удобства расчета. Поскольку исходная смесь содержала азот и водород в стехиометрическом соотношении, количество молей азота и водорода в исходной смеси также равны.

После реакции содержание газов может быть изменено давлением, но отношение количеств молей азота и водорода остается постоянным.

Из условия задачи известно, что давление в реакторе по сравнению с исходным давлением упало на 10%.

Пусть исходное давление равно Р, и после упадка давление в реакторе составляет 0,9Р.

Отношение количеств молей газов в исходной смеси равно отношению давлений: n N₂ / n H₂ = P N₂ / P H₂ = Р N₂ / Р H₂ = 1/1 = 1.

Из этого равенства, получаем, что количество молей азота (n N₂) равно количеству молей водорода (n H₂).

После упадка давления на 10%, давление азота составляет 0,9Р, а давление водорода также составляет 0,9Р.

Общее количество молей в реакторе остается неизменным, и состав газовой смеси можно определить, используя пропорцию.

Общее количество молей (n total) равно сумме молей азота и водорода в исходной смеси: n total = n N₂ + n H₂.

После реакции общее количество молей также равно сумме молей азота, водорода и аммиака: n total = n N₂ + n H₂ + n NH₃.

Используя равенство количеств молей азота и водорода, можно написать следующее равенство: n total = 2n N₂ + n NH₃.

Теперь можем выразить количество молей азота и аммиака через общее количество молей: 2n N₂ = n total - n NH₃.

Разделим обе части равенства на общее количество молей: 2n N₂ / n total = 1 - n NH₃ / n total.

Используя то, что отношение количеств молей азота и водорода равно единице, получаем: 2n N₂ / n total = 1 - n NH₃ / n total = 1 - (n total - 2n N₂) / n total = 1 - (1 - 2n N₂ / n total).

Теперь можем выразить количество молей азота через общее количество молей: 2n N₂ / n total = 2n N₂ / n total.

Таким образом, мы получаем равенство: 2n N₂ / n total = 2n N₂ / n total.

Теперь можем найти отношение количеств молей газов: n N₂ / n total = 2n N₂ / n total = 2 / 1 = 2.

То есть, мольная доля азота в газовой смеси составляет 2/3 (примерно 0,667), а мольная доля водорода равна 1/3 (примерно 0,333).

Чтобы найти процентное содержание газов в смеси, умножим мольные доли на 100: Мольная доля N₂ = 0,667 * 100 = 66,7%. Мольная доля H₂ = 0,333 * 100 = 33,3%.

Так как мольная доля аммиака (NH₃) состоит из двух молей азота и шести молей водорода, можно записать: Мольная доля NH₃ = 2 * мольная доля N₂ = 2 * 66,7 = 133,4%.

Однако, сумма процентного содержания газов в смеси всегда равна 100%, поэтому для нормировки получаемых данных, нужно разделить все мольные доли на сумму мольных долей.

Сумма мольных долей = мольная доля N₂ + мольная доля H₂ + мольная доля NH₃ = 66,7 + 33,3 + 133,4 = 233,4%.

Теперь разделим каждую мольную долю на сумму мольных долей и умножим на 100, чтобы получить процентное содержание: Массовая доля N₂ = 66,7 / 233,4 * 100 ≈ 28,57%. Массовая доля H₂ = 33,3 / 233,4 * 100 ≈ 14,29%. Массовая доля NH₃ = 133,4 / 233,4 * 100 ≈ 57,14%.

Таким образом, состав полученной после реакции газовой смеси составляет примерно 28,57% азота, 14,29% водорода и 57,14% аммиака.