Rozwiązanie:

Dane:

${\text{n}}_{\mathrm{NH}{}_3}^0=1,5\mathrm{mol}$

${\text{n}}_{\mathrm{O}{}_2}^0=1,2\mathrm{mol}$

${\text{W}}_{}=70\%$

Szukane:

${\text{n}}_{\mathrm{NH}{}_3}^{\text{k}}=?$

${\text{n}}_{\mathrm{O}{}_2}^{\text{k}}=?$

${\text{n}}_{\mathrm{N}{}_2}^{\text{k}}=?$

${\text{n}}_{\mathrm{H}{}_2\mathrm{O}}^{\text{k}}=?$

Obliczenia:

Reakcja amoniaku z tlenem przebiega zgodnie z równaniem:

${4\mathrm{NH}{}_3}_{\left(\text{g}\right)}+{3\mathrm{O}{}_2}_{\left(\text{g}\right)}\to {2\mathrm{N}{}_2}_{\left(\text{g}\right)}+{6\mathrm{H}{}_2\mathrm{O}}_{\left(\text{g}\right)}$

Stechiometrycznie więc:

$\begin{array}{ccc}4\mathrm{mol}\mathrm{NH}{}_3& -& 3\mathrm{mol}\mathrm{O}{}_2\\ 1,5\mathrm{mol}\mathrm{NH}{}_3& -& \text{x}\end{array}$

$\text{x}=\frac{1,5\mathrm{mol}\cdot 3\mathrm{mol}}{4\mathrm{mol}}=1,125\mathrm{mol}\mathrm{O}{}_2$

Tlen został więc użyty w nadmiarze i:

${\text{n}}_{\mathrm{O}{}_2}^{\text{k}1}=1,2\mathrm{mol}-1,125\mathrm{mol}=0,075\mathrm{mol}$   nie brało udziału w reakcji.

Przy 100% wydajności reakcji przereagowałaby całość pozostałego tlenu, czyli 1,125 mola. Ponieważ jednak wydajność przebiegającej reakcji wynosi 70% reakcji ulegnie:

${\text{n}}_{\mathrm{O}{}_2}=0,7\cdot 1,125\mathrm{mol}=0,7875\mathrm{mol}$

Nieprzereagowane pozostanie więc:

${\text{n}}_{\mathrm{O}{}_2}^{\text{k2}}=1,125\mathrm{mol}-0,7875\mathrm{mol}=0,3375\mathrm{mol}$

Łącznie więc w mieszaninie poreakcyjnej będzie się znajdowało:

${\text{n}}_{\mathrm{O}{}_2}^{\text{k}}={\text{n}}_{\mathrm{O}{}_2}^{\text{k1}}+{\text{n}}_{\mathrm{O}{}_2}^{\text{k2}}=0,075\mathrm{mol}+0,3375\mathrm{mol}=0,4125\mathrm{mol}$

Amoniak zaś został użyty w niedomiarze i w oparciu o dane dotyczące amoniaku będą prowadzone obliczenia dotyczące produktów reakcji.

Przy 100% wydajności reakcji przereagowałaby całość amoniaku, czyli 1,5 mola. Ponieważ jednak wydajność przebiegającej reakcji wynosi 70% reakcji ulegnie:

${\text{n}}_{\mathrm{NH}{}_3}=70\%\cdot {\text{n}}_{\mathrm{NH}{}_3}^0=0,7\cdot 1,5\mathrm{mol}=1,05\mathrm{mol}$

Nieprzereagowane pozostanie więc:

${\text{n}}_{\mathrm{NH}{}_3}^{\text{k}}=1,5\mathrm{mol}-1,05\mathrm{mol}=0,45\mathrm{mol}$

 

Aby obliczyć ilość produktów znajdujących się w mieszaninie poreakcyjnej, należy przeprowadzić obliczenia stechiometryczne w oparciu o proporcje z użyciem obliczonej ilości amoniaku, która uległa reakcji:

Obliczenie  ${\text{n}}_{\mathrm{N}{}_2}^{\text{k}}:$

$\begin{array}{ccc}4\mathrm{mol}\mathrm{NH}{}_3& -& 2\mathrm{mol}\mathrm{N}{}_2\\ 1,05\mathrm{mol}\mathrm{NH}{}_3& -& {\text{n}}_{\mathrm{N}{}_2}^{\text{k}}\end{array}$

${\text{n}}_{\mathrm{N}{}_2}^{\text{k}}=\frac{1,05\mathrm{mol}\cdot 2\mathrm{mol}}{4\mathrm{mol}}=0,525\mathrm{mol}$

Obliczenie  ${\text{n}}_{\mathrm{H}{}_2\mathrm{O}}^{\text{k}}:$

$\begin{array}{ccc}4\mathrm{mol}\mathrm{NH}{}_3& -& 6\mathrm{mol}\mathrm{H}{}_2\mathrm{O}\\ 1,05\mathrm{mol}\mathrm{NH}{}_3& -& {\text{n}}_{\mathrm{H}{}_2\mathrm{O}}^{\text{k}}\end{array}$

${\text{n}}_{\mathrm{H}{}_2\mathrm{O}}^{\text{k}}=\frac{1,05\mathrm{mol}\cdot 6\mathrm{mol}}{4\mathrm{mol}}=1,525\mathrm{mol}$

Odpowiedź: W mieszaninie poreakcyjnej znajduje się 0,45 mola amoniaku, 0,4125 mola tlenu, 0,525 mola azotu i 1,575 mola pary wodnej.