Химия
8 класс
Вопрос
При давлении 200 атм и температуре $500^{\circ} С$ $1000 м^3$ смеси газов, содержащей 25 % (по объему) азота и водород, пропустили над катализатором - платиновой сеткой. Количество полученного при этом аммиака составило 12 % от теоретически возможного. Аммиак был полностью окислен при пропускании его в смеси с избытком воздуха над катализатором, изготовленным из платиновой сетки. В результате окисления образовалась азотная кислота, которая растворилась в образовавшейся одновременно воде.
Сколько тонн раствора азотной кислоты было получено?
Ответ
В $1000 м^3$ азото-водородной смеси содержится $250 м^3$ азота и $750 м^3$ водорода. Синтез аммиака происходит по уравнению
$N_2 + 3H_2 \rightleftharpoons 2NH_3$.
Если бы процесс образования аммиака проходил количественно (а это невозможно вследствие обратимости реакции), то из $1000 м^3$ стехиометрической смеси азота и водорода было бы получено $500 м^3$ аммиака. При реальном выходе реакции, равном 12 %, образуется $500 \cdot 0,12 = 60 м^3$ аммиака, что при 200 атм и $500^{\circ} С$ составляет
$n = \frac{pV}{RT} = \frac{200 \cdot 60}{0,082 \cdot 773} = 189,3$ кмоля $NH_3$.
Окисление аммиака на платиновой сетке приводит к образованию окислов азота, которые превращаются в азотную кислоту. Суммарный процесс может быть описан следующим уравнением:
$NH_3 + 2O_2 \rightarrow HNO_3 + H_2O$.
Из 1 кмоля аммиака образуется 1 кмоль, т. е. 63 кг, азотной кислоты ($М = 63$) и 1 кмоль, т. е. 18 кг воды ($M = 18$). Таким образом, по условию задачи будет получено 81 кг раствора азотной кислоты. Тогда из 189,3 кмоля аммиака будет получено $189,3 \cdot 81 = 15 333 \: кг = 15,3$ т раствора азотной кислоты.