Химия

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 %.