Химия

Обозначим через $x$ количество молей азота, через $у$ - количество молей водорода и через $z$ - количество молей образовавшегося аммиака

$N_2 + 3H_2 \rightleftharpoons 2NH_3$.

По уравнению реакции

$n_1 = x + y$, (1)
$n_2 = (x - 0,5z) + (y - 1,5z) + z = x + y - z$. (2)

Объемы газов при исходных и конечных условиях равны

$V_1 = \frac{RT_1}{p_1}, V_2 = \frac{RT_2}{p_2}$.

Поскольку мольные плотности газов обратно пропорциональны их мольным объемам, то

$\frac{n_2}{n_1} = \frac{V_1}{V_2} = \frac{T_1}{T_2} \cdot \frac{p_2}{p_1} = \frac{288}{936} \cdot \frac{3}{1} = \frac{12}{13}$.

Отсюда

$\begin{cases} n_1 = x + y = 13 \\ n_2 = x + y - z = 12 \end{cases}$ и $z = 1$.

В соответствии с указанной в условии задачи плотностью газовой смеси ее средняя молекулярная масса должна равняться $\bar {М} = 22,4 \cdot 0,399 = 8,9736$. Но масса смеси равна $28(x - 0,5 z) + 2(y - 1,5 z) + 17 z = n_2 \bar {M} = 12 \bar {М}$, откуда

$28x + 2y = 12 \bar {M}$. (3)

Из уравнений (1) и (3) получаем систему уравнений

$\begin{cases} 28x + 2y = 12 \bar {M} \\ x + y = 13 \end{cases}$,

откуда $x = \frac {6 \bar {M} - 13}{13} = \frac {6 \cdot 8,9376 - 13}{13} = 3,125$,
$y = 13 - x = 13 - 3,125 = 9,875$.

Поскольку $y > 3 x$, то смесь содержит избыток водорода. Теоретически (по уравнению реакции) можно получить $2 x$ молей аммиака, а его выход при указанных условиях процесса составит

$\frac{z}{2x} = \frac{1}{2 \cdot 3,125} = 0,16$, или 16 %.