Treść zadania 4:

Reakcja syntezy amoniaku przebiega zgodnie z równaniem:  

$\mathrm{N}{}_2\text{(g)}+3\mathrm{H}{}_2\text{(g)}\rightleftarrows 2\mathrm{NH}{}_3\text{(g)}$

W temperaturze T i pod ciśnieniem p do syntezy amoniaku użyto 8,0 dm³ mieszaniny azotu i wodoru, w której objętość azotu stanowiła 25%. Stwierdzono, że w wyniku reakcji otrzymano 5,0 dm³ mieszaniny gazów w stanie równowagi (wszystkie gazy odmierzono w tych samych warunkach).            
 
Oblicz wydajność reakcji syntezy amoniaku w opisanych warunkach. Wynik zapisz w procentach. 

Obliczenia:

 

 

Rozwiązanie:

Użyto 8,0 dm³ mieszaniny azotu i wodoru, z czego 25% stanowi azot:

$8,0\mathrm{d}{\mathrm{m}}^3\cdot 25\%=2,0\mathrm{d}{\mathrm{m}}^3\mathrm{N}{}_2$

Resztę stanowi wodór:

$8,0\mathrm{d}{\mathrm{m}}^3-2,0\mathrm{d}{\mathrm{m}}^3=6,0\mathrm{d}{\mathrm{m}}^3\mathrm{H}{}_2$

W stanie równowagi objętość układu wynosiła 5,0 dm³, a przed reakcją 8,0 dm³. Ubyło zatem:

$\Delta V=8,0\mathrm{d}{\mathrm{m}}^3-5,0\mathrm{d}{\mathrm{m}}^3=3,0\mathrm{d}{\mathrm{m}}^3$

 
Spadek objętości jest spowodowany reakcją (zapisaną w treści zadania), w której bierze udział pewna objętość azotu (x), trzykrotnie większa od tego objętość wodoru (3x) i powstają dwie objętości amoniaku (2x):

$x+3x-2x=\Delta V$

$2x=3,0\mathrm{d}{\mathrm{m}}^3$
$x=1,5\mathrm{d}{\mathrm{m}}^3$

Wynika z tego, że w reakcji wzięło udział 1,5 dm³ azotu, 4,5 dm³ wodoru i powstało 3,0 dm³ amoniaku.

Jeśli reakcja zaszłaby ze 100% wydajnością to z 2,0 dm³ amoniaku użytego do reakcji otrzymalibyśmy:

$2,0\mathrm{d}{\mathrm{m}}^3\cdot 2=4,0\mathrm{d}{\mathrm{m}}^3\mathrm{NH}{}_3$

Skoro otrzymano 3,0 dm³ to wydajność tej reakcji wynosi:

$W=\frac{V_o}{V_t}$

gdzie,
W - wydajność [%],
V_o - objętość otrzymanego amoniaku [dm³],
V_t - teoretyczna objętość amoniaku [dm³].

 

$W=\frac{3,0\mathrm{d}{\mathrm{m}}^3}{4,0\mathrm{d}{\mathrm{m}}^3}\cdot 100\%$
$W=75\%$

 

Odpowiedź: Wydajność reakcji syntezy amoniaku w opisanych warunkach wynosi 75%.