Một hỗn hợp khí X gồm N2 và H2có tỉ khối so với H2 bằng 3,6. Đun nóng hỗn hợp X một thời gian trong bình kín (có bột Fe làm xúc tác) thu được hỗn hợp khí Y có tỉ khối so với H2 bằng 4. Tính hiệu suất của phản ứng tổng hợp NH3. Giả sử rằng khi đun nóng hỗn hợp X chỉ có phản ứng theo sơ đồ:
N2+H2−>NH3
Một hỗn hợp khí X gồm N2 và H2có tỉ khối so với H2 bằng 3,6. Đun nóng hỗn hợp X một thời gian trong bình kín (có bột Fe làm xúc tác) thu được hỗn h
By Melody
Đáp án:
Hiệu suất là 25%
Giải thích các bước giải:
Giả sử x chứa 1 mol \({N_2}\) và x mol \({H_2}\)
\(\to {n_X} = 1 + x;{\text{ }}{{\text{m}}_X} = 28 + 2x \to {M_X} = \frac{{28 + 2x}}{{1 + x}} = 3,6.2 = 7,2 \to x = 4\)
Phản ứng xảy ra:
\({N_2} + 3{H_2}\xrightarrow{{}}2N{H_3}\)
Vì \({n_{{H_2}}} > 3{n_{{N_2}}}\) nên hidro dư so với nito.
Hiệu suất tính theo nito.
Gọi số mol nito phản ứng là a, suy hidro phản ứng là 3a.
Sau phản ứng hỗn hợp chứa \({N_2}\) 1-a mol; \({H_2}\) 4-3a mol và \(N{H_3}\) 2a mol
Ta có: \({n_Y} = 1 – a + 4 – 3a + 2a = 5 – 2a;{\text{ }}{{\text{m}}_X} = {m_Y} = 36 \to {M_Y} = \frac{{36}}{{5 – 2a}} = 4.2 = 8 \to a = 0,25\)
hiệu suất \(H = \frac{{0,25}}{1} = 25\% \)
$d_{X/H_2}=3,6\to \overline{M_X}=3,6\times 2=7,2(g/mol)$
Áp dụng hệ quả của quy tắc đường chéo, ta có:
$\dfrac{n_{N_2}}{n_{H_2}}=\dfrac{7,2-2}{28-7,2}=\dfrac{5,2}{20,8}=\dfrac{1}{4}$
Giả sử có 1 mol N2 $→$ có 4 mol H2
Gọi x là số mol N2 tham gia phản ứng
PTHH: N2 + 3H2 $→$ 2NH3
Ban đầu 1 4 ( mol )
Phản ứng x 3x 2x ( mol)
Sau phản ứng 1 – x 4 – 3x 2x
$→n_{Y}=1-x+4-3x+2x=5-2x(mol)$
$d_{Y/H_2}=4\to \overline{M_Y}=4\times 2=8(g/mol)$
BTKL: $m_X=m_Y$
$→m_Y=1\times 28+4\times 2=36(g)$
$→n_Y=\dfrac{m_Y}{\overline{M_Y}}=5-2x(mol)$
$→\dfrac{36}{8}=5-2x$
$→x=0,25(mol)$
Giả sử phản ứng xảy ra hoàn toàn:
$\dfrac{1}{1}<\dfrac{4}{3}→$ N2 hết, H2 dư
$→$ Hiệu suất tính theo N2
$→H=\dfrac{0,25}{1}\times 100\%=25\%$