Химия

8 класс

Газовая смесь, выходящая из контактного аппарата в процессе синтеза аммиака, содержит аммиак, водород и азот. После того как проба этой смеси была помещена над ртутью в эвдиометр и через нее в течение длительного времени пропускали искровой электрический разряд, объем газа увеличился на 25 %. Этот газ пропустили над нагретой окисью меди, а затем через трубку, заполненную обезвоженным хлористым кальцием. После завершения описанных операций измерили объем оставшегося газа, при этом было установлено, что он уменьшился на 75 % по сравнению с предшествующим. (Все измерения объемов газов проводились при постоянных температуре и давлении.) а. Какой состав (в процентах по объему) имела газовая смесь, выходящая из контактного аппарата? б. Какова степень превращения газовой смеси в аммиак?

В газовой смеси, выходящей из контактного аппарата, содержится

x

$x$ объемов аммиака,

y

$y$ объемов водорода и

z

$z$ объемов азота, причем

x + y + z = 1

$x + y + z = 1$ (а).

В результате распада аммиака под действием электрического разряда объем газа увеличивается

\underset{x}{2 N H_{3}} \overset{р а з р я д}{=} \underset{- x / 2}{N_{2}} + \underset{- 3 x / 2}{3 H_{2}}

$\underset {x}{2NH_3} \overset {\: разряд}{=} \underset {-x/2}{N_2} + \underset {- 3x/2}{3H_2}$ .

При этом в смеси будет содержаться

(y + \frac{3 x}{2})

$\left ( y + \frac{3x}{2} \right )$ водорода и

(z + \frac{x}{2})

$\left ( z + \frac{x}{2} \right )$ азота. Из условия задачи следует, что

(y + \frac{3 x}{2}) + (z + \frac{x}{2}) = 2 x + y + z = \frac{125}{100} = 1, 25

$\left (y + \frac{3x}{2} \right ) + \left ( z + \frac{x}{2} \right ) = 2x + y + z = \frac{125}{100} = 1,25$ (б),

откуда

x = 0, 25

$x = 0,25$ . При пропускании водорода над нагретой окисью меди водород окисляется с образованием воды

C u O + H_{2} = C u + H_{2} O

$CuO + H_2 = Cu + H_2O$ ,

которая поглощается в трубках с безводным хлоридом кальция. В результате остается чистый азот, объем которого равен

z + \frac{x}{2} = \frac{25}{100} \cdot \frac{5}{4} = \frac{5}{16} = 0, 3125

$z + \frac{x}{2} = \frac{25}{100} \cdot \frac{5}{4} = \frac{5}{16} = 0,3125$ .

Поскольку

x = 0, 25

$x = 0,25$ , следовательно,

z = 0, 3125 - 0, 125 = 0, 1875

$z = 0,3125 - 0,12 5 = 0,1875$ , тогда

y = 1 - 0, 25 - 0, 1875 = 0, 5625

$y = 1 - 0,25 - 0,1875 = 0,5625$ , т. е. в смеси после реакции содержалось 25 % (NULL,25 моля) аммиака, 56,25 % (NULL,5625 моля) водорода и 18,75 % (NULL,1875 моля) азота.

0,25 моля аммиака образовалось из 0,125 моля азота и 0,375 моля водорода, т. е. до проведения синтеза в газе содержалось

0, 5625 + 0, 375 = 0, 9375

$0,5625 + 0,375 = 0,9375$ моля водорода и

0, 1875 + 0, 125 = 0, 3125

$0,1875 + 0,125 = 0,3125$ моля азота - всего

0, 9375 + 0, 3125 = 1, 25

$0,9375 + 0,3125 = 1,25$ моля газов, что соответствует содержанию

\frac{0, 9375}{1, 25} \cdot 100 = 75

$\frac{0,9375}{1,25} \cdot 100 = 75$ % водорода и

\frac{0, 3125}{1, 25} \cdot 100 = 25

$\frac{0,3125}{1,25} \cdot 100 = 25$ % азота.

В результате полного превращения из моля смеси стехиометрического состава могло бы получиться 0,5 моля аммиака, из 1,25 моля соответственно получилось бы 0,625 моля аммиака, а было получено 0,25 моля, т. е. выход аммиака составлял