Химия

В газовой смеси, выходящей из контактного аппарата, содержится $x$ объемов аммиака, $y$ объемов водорода и $z$ объемов азота, причем $x + y + z = 1$ (а).

В результате распада аммиака под действием электрического разряда объем газа увеличивается

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

При этом в смеси будет содержаться $\left ( y + \frac{3x}{2} \right )$ водорода и $\left ( z + \frac{x}{2} \right )$ азота. Из условия задачи следует, что

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

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

$CuO + H_2 = Cu + H_2O$,

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

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

Поскольку $x = 0,25$, следовательно, $z = 0,3125 - 0,12 5 = 0,1875$, тогда $y = 1 - 0,25 - 0,1875 = 0,5625$, 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 $0,5625 + 0,375 = 0,9375$ моля водорода и $0,1875 + 0,125 = 0,3125$ моля азота - всего $0,9375 + 0,3125 = 1,25$ моля газов, что соответствует содержанию

$\frac{0,9375}{1,25} \cdot 100 = 75$ % водорода и $\frac{0,3125}{1,25} \cdot 100 = 25$ % 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

$\frac{0,25}{0,625} \cdot 100 = 40$ %.