Химия

Напишем уравнения реакций:

$N_{2} + 3H_{2} \overset{t,кат., p}{=} 2NH_{3}$; (1)
$2NH_{3} + 3CuO \overset{t}{=} 3Cu + 3H_{2}O + N_{2}$; (2)
$H_{2} + CuO \overset{t}{=} Cu + H_{2}O$; (3)
$P_{2}O_{5} + 3H_{2}O = 2H_{3}PO_{4}$. (4)

Реакции (2) и (3) протекают в трубке, а (4) - при пропускании смеси газов (азот и водяной пар) над фосфорным ангидридом.

Определяем количество вещества азота в исходной смеси, учитывая, что количество вещества азота на выходе равно его количеству в исходной смеси, так как по уравнению (2) аммиак превращается в азот:

$n(N_{2}) = \frac{0,448 г}{22,4 л/моль} = 0,02 моль$.

Уменьшение массы трубки связано с удалением кислорода из оксида:

$n(O) = \frac{0,96 г}{16 г/моль} = 0,06 моль$.

Пусть в реакции (1) прореагировало $x$ моль водорода, а осталось у моль водорода, при этом образовалось $\frac{2}{3}x$ моль аммиака. Из уравнений (2) и (3) выразим количество вещества атомов кислорода через количество вещества аммиака и водорода и составим алгебраическое уравнение:

$\frac{2}{3}x \cdot \frac{3}{2} + y = 0,06$ или $x + y = 0,06$.

Следовательно, исходная смесь содержала 0,06 моль водорода.

Определяем выход аммиака в реакции (1).

Из $x$ моль азота образуется $2x$ моль аммиака, и при этом расходуется $3x$ моль водорода. После синтеза аммиака в газовой смеси содержится $(NULL,02 - x)$ моль азота, $(NULL,06 - 3x)$ моль водорода. Выразим суммарный объем газовой смеси после синтеза аммиака:

$(NULL,02 - x + 0,06 - 3x + 2x) \cdot 22,4 = 1,344$.

Решая уравнение, находим, что $x = 0,01 моль$. Следовательно, в реакции синтеза получено 0,02 моль аммиака, а теоретически из 0,02 моль азота можно получить 0,04 моль аммиака:

$\eta (NH_{3}) = \frac{0,02}{0,04} \cdot 100 \text{ % } = 50 \text{ % }$.
Ответ: $n(H_{2}) = 0,02 моль; n(H_{2}) = 0,06 моль; \eta(NH_{3}) = 50 \text{ % }$.