Химия
8 класс
Вопрос
Смесь, состоящую из 4 объемов водорода и 1 объема азота и находящуюся при температуре $27^{\circ} С$ в резервуаре $A$, подогрели и пропустили через слой катализатора. Газовую смесь, образовавшуюся в результате реакции, при температуре $850^{\circ} С$ ввели в резервуар $B$, емкость которого равна емкости резервуара $A$. Установлено, что давление газов в резервуаре $B$ в три раза превышает первоначальное давление в резервуаре $A$. Вычислите степень превращения газовой смеси в аммиак (выход аммиака).
Ответ
При пропускании азото-водородной смеси через катализатор образуется аммиак
$N_2 + 3H_2 \rightleftharpoons 2NH_3$.
Объем смеси газов до реакции был равен
$4V + F = 5V$ (5 единиц объема).
Предположим, что прореагировало $x$ единиц объема азота, при этом в реакцию вступает $3 x$ единиц объема водорода и в результате образуется $2 x$ единиц объема аммиака. Изменение объема газовой смеси составит $2 x$ единиц объема. Отсюда следует, что после возвращения системы к первоначальным температуре и давлению ее объем изменито от $5 V$ до $(5-2 x) V$.
Объем и давление газов до реакции связаны уравнением
$p_1V_1 = \frac{p_0V_{01}}{T_0} \cdot T_1$,
а после образования аммиака -
$p_2V_1 = \frac{p_0V_{02}}{T_0} \cdot T_2$.
Поделив эти выражения и подставив соответствующие данные из условия задачи, находим
$\frac{p_1}{p_2} = \frac{V_{01}T_1}{V_{02}T_2} = \frac{1}{3}$.
Однако, как установлено ранее, $V_{01} = 5V, V_{02} = (5-2x)V$ и по условию задачи $T_1 = 300К$, $T_2 = 1123К$. Отсюда
$\frac{1}{3} = \frac{5}{5-2x} \cdot \frac{300}{1123}$,
следовательно, $x = 0,5$. Это означает, что при данных условиях прореагировала половина находившегося в газовой смеси азота, т. е. степень его превращения равна 50 %.