Смесь азота и водорода, имеющую плотность
по водороду 3,6, пропустили над
катализатором, при этом реакция прошла с
выходом 50%. Чему равна плотность по
водороду полученной газовой смеси?
1 лайк
Для начала определимся с тем, какая реакция будет протекать. При пропускании этой смеси над катализатором, у нас образуется аммиак (вероятно, в школьных учебниках эта реакция широко распространена).
N_{2} + 3H_{2} \rightarrow 2NH_{3}
Теперь, приступим к самой задаче.
Шаг 1. Нахождение соотношения количества газов в исходной смеси
Что значит “плотность смеси по водороду 3.6” ? Все газы, будь то индивидуальные или смеси имеют свою плотность, и одним из способов измерить эту плотность является вот такой вот сравнительный метод по другому газу. В общих чертах она определяется так :
p(газа)_{сравн} = \frac{M(газа)}{M(срав.газа)}
Если мы имеем дело с газовой смесью, то вместо M(газа) мы берем M_{ср}(газа). Подставляя значения в это уравнение, мы получим что 3.6 = \frac{M_{ср}(N_{2}+H_{2})}{2} ; M_{ср}(N_{2}+H_{2}) = 7.2 г/моль.
На данном этапе стоит задать себе вопрос : “какую информацию мы можем извлечь из средней молярной массы газовой смеси?”. Ответом является конечно же, соотношение количеств газов в этой смеси.
Пусть кол-во азота будет x моль , а кол-во водорода будет y моль. В таком случае, подставляя эти выражения в формулу для расчета средней молярной массы : M_{ср}(газ.смеси) = \frac{m_{общ}(газ.смеси)}{n_{общ}(газ.смеси)}, мы получим:
7.2 = \frac{28x+2y}{x+y}
Отсюда мы получаем соотношение x:y = 1 :4. Это можно интерпретировать так: если кол-во молей азота в данной смеси равно x моль, то кол-во водорода в данной смеси будет 4x моль.
Шаг 2. Установление количественного состава газовой смеси после протекания реакции
Не все реакции на практике протекают количественно (т.е, до конца). В силу разных причин может образоваться продукт лишь с определенной долей от максимально возможного кол-ва продукта. Эта доля и называется “выходом реакции”. Если кол-во азота составляет x моль, то максимально возможное кол-во продукта составляет 2x моль по стехиометрии реакции. По условию, выход равен 50%, это значит что образуется всего 2x \cdot0.5=x моль NH_{3}.
Если в ходе реакции образуется x моль NH_{3}, то по стехиометрии реакции прореагирует 0.5x моль азота и 1.5x моль водорода. Выходит, что после протекания реакции с выходом 50%, в конечном итоге остаются следующие газы :
n(N_{2})=x -0.5x = 0.5x
n(H_{2} = 4x - 1.5x = 2.5x
n(NH_{3}) = x
Шаг 3. Нахождение плотности конечной газовой смеси
Воспользуемся формулой нахождения средней молярной массы газовой смеси из Шага.1 :
M_{ср}(кон.газ.смеси) = \frac{28 \cdot 0.5x +2 \cdot 2.5x+17 \cdot x}{0.5x+2.5x+x}
Отсюда M_{ср}(кон.газ.смеси) = 9 г/моль. Чтобы найти плотность конечной газовой смеси по водороду, опять же обратимся к формуле из Шага.1 :
p(кон.газ.смеси)_{H_{2}} = \frac{9}{2} = 4.5 г/моль
Самая примечательная вещь в таких задачах кроется в том, что с первого прочтения возникает ощущение “нерешаемости задачи”, поскольку на первый взгляд в нем недостаточно информации. Однако копнув глубже, можно в конечном счете заметить, что для решения задачи нам надо просто пробовать и убедиться в том, что можно решить задачу не зная к примеру, кол-ва газов в исходной смеси
3 лайка
спасибо. вы мне очень помогли!!
1 лайк