Question

Сколько литров аммиака получится при взаимодействии 6л азота с 3л водорода при нагревании под давлением в присутствии катализатора?

Answer 1

N2 + 3H2 = 2NH3

n(N2) = V/Vm (Vm - молярный объем, равен 22,4л/моль при н.у.)

n(N2) = 6/22,4 = 0,27 моль.

n(H2) = V(H2)/Vm = 3/22,4 = 0,13моль.

По уравнению соотношение азота и водорода n(N2):n(H2) = 1:3. На деле же имеем n(N2):n(H2) = 0,27:0,13 это примерно равно 2:1. Водород в недостатке, это значит, что он прореагирует полностью и по нему нужно считать. По уравнению видно, что количество аммиака в 1,5 раза меньше чем водорода (3/2 = 1,5): n(NH3) = n(H2)/1,5 = 0,13/1,5 = 0,087 моль.

V(NH3) = n(NH3)*Vm = 0,087*22,4 = 1,95л (с округлением 2 л.)

Answer 2

Уравнение реакции образования аммиака (NH₃) из азота (N₂) и водорода (H₂) выглядит следующим образом:

N₂ + 3H₂ → 2NH₃

Из уравнения видно, что для образования двух молекул аммиака (NH₃) требуется одна молекула азота (N₂) и три молекулы водорода (H₂).

Таким образом, если у нас есть 6 литров азота и 3 литра водорода, согласно стехиометрии реакции, необходимо учесть их в соответствии с их объемами и молярными соотношениями в реакции.

1 моль N₂ + 3 моля H₂ → 2 моля NH₃

Для расчета количества аммиака, который образуется, мы должны убедиться, что у нас достаточно реагентов для полного протекания реакции.

Сначала вычислим количество вещества азота (N₂) и водорода (H₂) в молях:

Для азота (N₂): Объем N₂ = 6 л По уравнению состояния идеального газа (PV = nRT), при нормальных условиях (0°C и 1 атм), 1 моль газа занимает примерно 22,4 литра. n(N₂) = V(N₂) / Vm = 6 л / 22,4 л/моль ≈ 0,27 моль

Для водорода (H₂): Объем H₂ = 3 л n(H₂) = V(H₂) / Vm = 3 л / 22,4 л/моль ≈ 0,134 моль

Теперь определим, какой реагент ограничивающий (ограничивающий реагент) и сколько аммиака будет образовано на основе наименьшего количества реагента (ограничивающего количества).

Из уравнения реакции видно, что для образования 1 молекулы аммиака требуется 1 моль азота (N₂) и 3 моля водорода (H₂). Таким образом, ограничивающий реагент – водород (H₂), так как он имеет меньшее количество молей.

С учетом ограничивающего количества водорода, мы можем вычислить количество аммиака, которое может образоваться:

n(H₂) = 0,134 моль (ограничивающий реагент) n(NH₃) = (0,134 моль H₂ * 2 моль NH₃) / 3 моль H₂ = 0,089 моль NH₃

Теперь, для перевода молей аммиака в объем (литры), воспользуемся тем же уравнением состояния идеального газа:

V(NH₃) = n(NH₃) * Vm = 0,089 моль * 22,4 л/моль ≈ 2 л

Таким образом, при данных условиях образуется приблизительно 2 литра аммиака.