Химия

Допустим, что имелся 1 моль исходной газовой смеси, и рассчитаем ее состав:

Пусть $\nu (NH_{3}) = x$ и $\nu (O_{2}) = y. M_{ср.}(газовой смеси) = 13 \cdot 2 = 26 г/моль$.

$\left . \begin{matrix} x + y = 1 & \cdot 32 \\ 17x + 32y = 26 & ~ \end{matrix} \right | \left . \begin{matrix} 32x + 32y = 32 \\ 17x + 32y = 26 \end{matrix} \right | \left . \begin{matrix} 15x = 6 \\ x = \frac{6}{15} = 0,4 \end{matrix} \right | \begin{matrix} y = 0,6 \\ ~ \end{matrix}$

Записываем уравнения химических реакций и проставляем количества реагирующих и образующихся веществ с учетом избытка и недостатка, не забывая, что в первую реакцию вступило только 80 % исходного аммиака:

$\nu (NH_{3} \: вступившего \: в \: реакцию \: каталитического \: окисления) = 0,4 \cdot 0,8 = 0,32 моль$.

$\begin{matrix} Было: \\ ~ \\ Прореагировало: \end{matrix} \begin{matrix} 0,4 \\ 4NH_{3} \\ 0,32 \end{matrix} + \begin{matrix} 0,6 \\ 5O_{2} \\ 0,4 \end{matrix} \begin{matrix} ~ \\ \rightarrow \\ стало: \end{matrix} \begin{matrix} ~ \\ 4NO \\ 0,32 \end{matrix} + \begin{matrix} ~ \\ 6H_{2}O \\ 0,48 \end{matrix} + \begin{matrix} ~ \\ (O_{2} ) \\ 0,2 \end{matrix} + \begin{matrix} ~ \\ (NH_{3}) \\ 0,08 \end{matrix}$ (1)

$\begin{matrix} Было: \\ ~ \\ Прореагировало: \end{matrix} \begin{matrix} 0,32 \\ 2NO \\ 0,32 \end{matrix} + \begin{matrix} 0,2 \\ O_{2} \\ 0,16 \end{matrix} \begin{matrix} ~ \\ \rightarrow \\ стало: \end{matrix} \begin{matrix} ~ \\ 2NO_{2} \\ 0,32 \end{matrix} + \begin{matrix} ~ \\ (O_{2}) \\ 0,04 \end{matrix}$ (2)

$\begin{matrix} Было: \\ ~ \\ Прореагировало: \end{matrix} \begin{matrix} 0,32 \\ 4NO_{2} \\ 0,16 \end{matrix} + \begin{matrix} 0,48 \\ 2H_{2}O \\ 0,08 \end{matrix} + \begin{matrix} 0,04 \\ O_{2} \\ 0,04 \end{matrix} \begin{matrix} ~ \\ \rightarrow \\ стало: \end{matrix} \begin{matrix} ~ \\ 4HNO_{3} \\ 0,16 \end{matrix} + \begin{matrix} ~ \\ (NO_{2}) \\ 0,16 \end{matrix} + \begin{matrix} ~ \\ (H_{2}O ) \\ 0,4 \end{matrix}$ (3)

$\begin{matrix} Было: \\ ~ \\ Прореагировало: \end{matrix} \begin{matrix} 0,16 \\ 3NO_{2} \\ 0,16 \end{matrix} + \begin{matrix} 0,4 \\ H_{2}O \\ 0,0533 \end{matrix} \begin{matrix} ~ \\ \rightarrow \\ стало: \end{matrix} \begin{matrix} ~ \\ 2HNO_{3} \\ 0,107 \end{matrix} + \begin{matrix} ~ \\ NO \\ 0,0533 \end{matrix} + \begin{matrix} ~ \\ (H_{2}O ) \\ 0,3467 \end{matrix}$ (4)

$\begin{matrix} Было: \\ ~ \\ Прореагировало: \end{matrix} \begin{matrix} 0,267 \\ HNO_{3} \\ 0,08 \end{matrix} + \begin{matrix} 0,08 \\ NH_{3} \\ 0,08 \end{matrix} \begin{matrix} ~ \\ \rightarrow \\ стало: \end{matrix} \begin{matrix} ~ \\ NH_{4}NO_{3} \\ 0,08 \end{matrix} + \begin{matrix} ~ \\ (HNO_{3}) \\ 0,08 \end{matrix}$ (5)

Определяем состав образовавшегося раствора:

$m(HNO_{3}) = 0,187 \cdot 63 = 11,78 г$.
$m(HN_{4}NO_{3}) = 0,08 \cdot 80 = 6,4 г$.
$m(H_{2}O) = 0,3467 \cdot 18 = 6,24 г$.
$m(конечного \: раствора) = 11,78 + 6,4 + 6,24 = 24,42 г$.
$\omega (HNO_{3}) = \frac{11,78}{24,42} = 0,4824$.
$\omega (NH_{4}NO_{3}) = \frac{6,4}{24,42} = 0,2621$.
Ответ: $\omega (HNO_{3}) = 48,24 \text{ %} ; \omega (NH_{4}NO_{3}) = 26,21 \text{ % }$.