Химия

1 условие. Плотность по водороду исходной смеси
$M(смеси) = 28x + 2 \cdot (1 - x) г/моль$.

По условию задачи плотность газовой смеси по водороду:

$\frac{28x + 2 \cdot (1-x)}{2}
откуда $x
Объёмная доля азота в исходной смеси:

$\phi (N_{2}) = \frac{x}{ \nu (исх.смеси)}
2 условие. Плотность по водороду конечной смеси > 4. Пусть в исходной смеси $\nu (N_{2}) = y моль, \nu (H_{2}) = (1 - y) моль$.

По условию задачи выход реакции равен 40%, т. е. прореагировало $0,4y ~ моль ~ N_{2}$:

$\underset{0,4y}{N_{2}} + \underset{1,2y}{3H_{2} } \leftrightarrows \underset{0,8y}{2NH_{3}}$

В реакционной смеси осталось $y - 0,4y = 0,6y ~ моль ~ N_{2}, 1 - y - 1,2y = = (1 - 2,2y) ~ моль ~ H_{2}$ и образовалось $0,8y ~ моль ~ NH_{3}$.

Общее количество газов в смеси

$\nu_{о6щ} = 0,6y + 1 - 2,2y + 0,8y = 1 - 0,8y$.

Тогда средняя молярная масса газовой смеси

$M(смеси) = \frac{28 \cdot 0,6y + 2 \cdot (1 - 2,2y) + 17 \cdot 0,8y}{ (1 - 0,8y)} г/моль$.

По второму условию задачи плотность газовой смеси по водороду:

$\frac{28 \cdot 0,6y + 2 \cdot (1 - 2,2y) +17 \cdot 0,8y}{(1 - 0,8y) \cdot 2} >4$,

откуда $y > 0,185 моль$.

Объёмная доля азота в исходной смеси:

$\phi(N_{2} ) = \frac{y}{ \nu(исх.смеси)} > \frac{0,185}{1} = 0,185$.

Объёмные доли азота в конечной смеси:

минимальная

$\phi (N_{2}) = \frac{0,6y}{\nu(кон.смеси)} = \frac{0,6y}{1-0,8y} > \frac{0,6 \cdot 0,185}{1 - 0,8 \cdot 0,231} = 0,130$;

максимальная

$\phi (N_{2}) = \frac{0,6x}{\nu(кон.смеси)} = \frac{0,6x}{1-0,8x}