Równanie reakcji:

$N_2+3H_2\to 2N{H}_3$  

 

Równanie na stałą równowagi reakcji:

$K=\frac{{\left[N{H}_3\right]}^2}{\left[N_2\right]\cdot {\left[H_2\right]}^3}$   

 

Na początku należy obliczyć ile azotu wprowadzono do układu:

$m_{N_2}=56g$  

$M_{N_2}=28\frac{g}{mol}$  

$n_{N_2}=\frac{56g}{28\frac{g}{mol}}=2mol$  

 

Wykorzystując objętość naczynia użytego do reakcji oraz liczbę moli azotu wprowadzonych do układu należy obliczyć stężenie molowe N₂: 

$C_{m_{N_2}}=\frac{2mol}{5d{m}^3}=0,4\frac{mol}{d{m}^3}$    

 

Należy obliczyć ile wodoru pozostało po reakcji w układzie:

$m_{H_2}=10g$  

$M_{H_2}=2\frac{g}{mol}$  

$n_{H_2}=\frac{10g}{2\frac{g}{mol}}=5mol$  

 

Wykorzystując objętość naczynia użytego do reakcji oraz liczbę moli wodoru pozostałych w układzie należy obliczyć stężenie molowe H₂: 

$C_{m_{H_2}}=\frac{5mol}{5d{m}^3}=1\frac{mol}{d{m}^3}$    

 

Układamy tabelę zgodnie ze stechiometrią równania! :

	$C_p$	$\Delta C$	$C_k$
$\left[N_2\right]$	$0,4$	$-x$	$0,4-x$
$\left[H_2\right]$	$3x+1$	$-3x$	$1$
$\left[N{H}_3\right]$	$0$	$+2x$	$2x$

 

Wykorzystując wzór na stałą równowagi reakcji obliczamy:

$6,12=\frac{{\left(2x\right)}^2}{\left(0,4-x\right)\cdot 1^3}$  

$-4x^2-6,12x+2,448=0$  

$\Delta =76,6$  

$x_1=0,329$  

$x_2=-1,859$     - brak sensu chemicznego

 

Obliczamy stężenie wodoru przed reakcją:

$3x+1=3\cdot 0,329+1=1,987\frac{mol}{d{m}^3}$   

Obliczamy liczbę moli wodoru przed reakcją:

$C_m=\frac{n}{V}$  

$n=1,987\frac{mol}{d{m}^3}\cdot 5d{m}^3=9,935mol$  

Obliczamy masę wodoru przed reakcją

$m=9,935mol\cdot 2\frac{g}{mol}=19,87g$  

 

Odpowiedź: Do reakcji użyto 19,87 g wodoru.