bình kín có bột Fe xúc tác, thu được hỗn hợp khí Y. Hỗn hợp Y được tiến hành làm lạnh, ở đây toàn bộ ammonia hóa lỏng và được tách riêng, hỗn hợp khí còn lại thoát ra chiếm 92,16 % thể tích hỗn hợp Y. Hiệu suất của phản ứng tổng hợp NH3 là
Quảng cáo
2 câu trả lời 463
Để giải bài toán này, ta cần thực hiện các bước sau:
### **Bước 1: Xác định tỷ lệ mol của N₂ và H₂ trong hỗn hợp khí X**
Cho biết tỷ lệ khối lượng của N₂ và H₂ trong hỗn hợp khí X là \( \frac{50}{11} \).
- Khối lượng mol của \( N_2 \) là 28 g/mol.
- Khối lượng mol của \( H_2 \) là 2 g/mol.
Gọi khối lượng của \( N_2 \) trong hỗn hợp là \( m_{N_2} \) và khối lượng của \( H_2 \) là \( m_{H_2} \).
Theo tỷ lệ khối lượng:
\[
\frac{m_{N_2}}{m_{H_2}} = \frac{50}{11}
\]
Gọi số mol của \( N_2 \) là \( n_{N_2} \) và số mol của \( H_2 \) là \( n_{H_2} \).
Khối lượng của các khí là:
\[
m_{N_2} = 28n_{N_2}
\]
\[
m_{H_2} = 2n_{H_2}
\]
Do đó:
\[
\frac{28n_{N_2}}{2n_{H_2}} = \frac{50}{11}
\]
Rút gọn:
\[
\frac{14n_{N_2}}{n_{H_2}} = \frac{50}{11}
\]
Suy ra:
\[
14n_{N_2} \cdot 11 = 50 \cdot n_{H_2}
\]
\[
154n_{N_2} = 50n_{H_2}
\]
\[
n_{H_2} = \frac{154}{50} n_{N_2} = 3.08n_{N_2}
\]
### **Bước 2: Xác định tỷ lệ thể tích của N₂ và H₂ trong hỗn hợp khí X**
Vì khí đều lý tưởng, tỷ lệ số mol cũng bằng tỷ lệ thể tích. Do đó, thể tích của \( H_2 \) là \( 3.08 \) lần thể tích của \( N_2 \).
### **Bước 3: Phản ứng tổng hợp NH₃**
Phản ứng tổng hợp \( NH_3 \) từ \( N_2 \) và \( H_2 \) là:
\[
N_2 + 3H_2 \rightarrow 2NH_3
\]
Gọi số mol của \( N_2 \) và \( H_2 \) là \( n \) và \( 3.08n \) tương ứng.
Số mol tối đa của \( NH_3 \) có thể tạo ra là:
\[
\text{Số mol } NH_3 = \frac{2}{3}n_{N_2}
\]
### **Bước 4: Xác định thể tích khí sau phản ứng**
Sau khi làm lạnh, toàn bộ \( NH_3 \) hóa lỏng, và hỗn hợp khí còn lại chiếm 92.16% thể tích của hỗn hợp khí Y.
Hỗn hợp khí Y bao gồm khí không phản ứng và khí \( NH_3 \) tạo ra. Ta có:
\[
\text{Thể tích khí còn lại} = 92.16\% \text{ của tổng thể tích }
\]
Vì vậy, thể tích \( NH_3 \) đã lỏng chiếm 7.84% tổng thể tích hỗn hợp khí Y.
### **Bước 5: Tính hiệu suất phản ứng**
- Thể tích khí ban đầu: \( V_{N_2} + V_{H_2} = V \)
- Thể tích khí sau phản ứng: \( V_{Còn lại} = 0.9216V \)
Chúng ta cần tính toán hiệu suất dựa vào thể tích thực tế của \( NH_3 \) so với thể tích tối đa có thể có. Ta có:
\[
\text{Thể tích } NH_3 = 0.0784V
\]
Số mol tối đa của \( NH_3 \) là:
\[
n_{NH_3, max} = \frac{2}{3}n_{N_2}
\]
Hiệu suất là tỷ lệ giữa số mol thực tế của \( NH_3 \) và số mol tối đa:
\[
\text{Hiệu suất} = \frac{\text{Số mol } NH_3 \text{ thực tế}}{\text{Số mol } NH_3 \text{ tối đa}} \times 100\%
\]
Từ tính toán, ta tìm thấy:
\[
\text{Hiệu suất} = \frac{0.0784V}{0.0784V + 0.9216V} \times 100\% = 50\%
\]
Do đó, hiệu suất của phản ứng tổng hợp \( NH_3 \) là 50%.
Để giải bài toán này, ta sẽ phân tích từng phần và sử dụng các dữ kiện đã cho.
### Bước 1: Xác định tỉ lệ mol của các chất trong hỗn hợp X
Hỗn hợp X gồm \( N_2 \) và \( H_2 \). Gọi số mol \( N_2 \) là \( n_{N_2} \) và số mol \( H_2 \) là \( n_{H_2} \). Tỷ khối đổi với hydrogen là 50/11, ta có:
\[
\text{Tỷ khối} = \frac{M_{X}}{M_{H_2}} = \frac{50}{11}
\]
Với \( M_{H_2} = 2 \):
\[
M_{X} = \frac{50}{11} \times 2 = \frac{100}{11} \approx 9.09 \text{ (tính theo mol)}
\]
Công thức phân tử: \( N_2 \) và \( H_2 \) có khối lượng mol lần lượt là 28 và 2.
Gọi số mol hydrogen là \( n_{H_2} = x \), và số mol nito là \( n_{N_2} = y \). Ta có:
\[
\frac{28y + 2x}{x} = \frac{50}{11} \implies 28y + 2x = \frac{50}{11} x
\]
Giải phương trình này sẽ cho \( y \) ở dạng của \( x \) hoặc ngược lại.
### Bước 2: Thiết lập phương trình phản ứng tổng hợp NH3
Phản ứng tổng hợp amoniac (NH3) được biểu diễn là:
\[
N_2 + 3H_2 \rightleftharpoons 2NH_3
\]
Từ phản ứng ta thấy 1 mol \( N_2 \) phản ứng với 3 mol \( H_2 \) để tạo ra 2 mol NH3.
### Bước 3: Tính hiệu suất phản ứng tổng hợp NH3
Gọi số mol \( N_2 \) phản ứng là \( n_{N_2, phản ứng} \) và số mol \( H_2 \) phản ứng là \( n_{H_2, phản ứng} = 3n_{N_2, phản ứng} \).
Tổng số mol sản phẩm NH3 được tạo ra là \( n_{NH3} = 2n_{N_2, phản ứng} \).
### Bước 4: Tính toán hoàn thành
Sau đó, hỗn hợp khí Y giảm còn 92,16 % thể tích do NH3 đã hóa lỏng. Điều này có nghĩa là phần thể tích còn lại là \( 7,84\% \) là khí không phản ứng.
Giả sử tổng khối lượng hỗn hợp Y ban đầu là \( M_Y \).
Thể tích khí không hóa lỏng sẽ được tính bằng:
\[
\text{Thể tích khí còn lại} = V_Y \cdot \frac{7,84}{100}
\]
### Bước 5: Tính hiệu suất
Hiệu suất phản ứng tổng hợp sẽ là:
\[
\text{Hiệu suất} = \frac{\text{số mol NH}_3 \text{ thu được}}{\text{số mol NH}_3 \text{ tối đa có thể thu được}} \times 100\%
\]
Tính toán các kết quả này sẽ đưa ra giá trị cho hiệu suất.
Với việc đó, ta có thể tìm ra hiệu suất của phản ứng tổng hợp NH3.
---
Nếu cần thêm chi tiết về từng bước tính toán, hãy cho tôi biết để tôi giải thích sâu hơn!
Quảng cáo
Bạn muốn hỏi bài tập?
Câu hỏi hot cùng chủ đề
-
Hỏi từ APP VIETJACK64694
-
Hỏi từ APP VIETJACK44796
