Question

Calculați volumele de N2 și H2 măsurate la 2 atm și 127 °C necesare obținerii a 34 g NH3 cu randamentul 50 %. Vă rog, am nevoie foarte repede!!!

Answer 1

Răspuns:

Datele problemei

Știm:

• avem reacția chimică de obținere NH₃ (sinteza) din elementele componente H₂ și N₂, la temperatură, presiune si prezenta de catalizator :

3H₂ (g) + N₂ (g)  (condiții)⇄ 2 NH₃ (g)

3 moli.....1mol...........................2moli  ( stoechiometric)

• masa practic obținută de NH₃, cu randament de 50%, este mp=34 g
• randamentul de obținere NH₃=η=50%
• volumele de N₂ și H₂ sunt măsurate la presiunea (p) de 2 atm și temperatura (t⁰C) de 127 ⁰C
• mase atomice, A: H=1, N=14 / g/mol
• masa moleculară M, NH₃:

M NH₃=A N +3.A H =14+3.1=17g/mol

Nu știm și trebuie să calculăm:

• masa teoretică de NH₃, care se obține stoechiometric din N₂ și H₂, când nu sunt pierderi = mt =? g.
• numărul de moli de NH₃ obținuți stoechiometric=număr de moli teoretic obținuți=nt NH₃=? moli Cu ei, se vor calcula numărul de moli de H₂ și de N₂
• numărul de moli de H₂ consumați de nt NH₃=? = X , moli
• numărul de moli de N₂ consumați de nt NH₃=? = Y, moli
• Volumul de H₂, ce conține X moli, la presiunea și temperatura precizate=V H₂ = ? L
• Volumul de N₂, ce conține Y, moli, la presiunea și temperatura precizate=V N₂ = ? L

Calcule

• calculăm masa teoretică de NH₃ (mt) din randament și din cantitatea practică obținută (mp)

η NH₃ = mp .100/mt

50% = 34 g .100% / mt  ;   mt = 34 g .100/50=68 g

• calculăm numărul teoretic de moli de NH₃ (nt) conținut de 68 g NH₃ cu relația matematică:

n moli NH₃ = masa NH₃(g) / Masa moleculară (g/mol)

nt, moli NH₃ = 68 g (mt) / 17 g/mol=4 moli

• calculăm numărul de moli de H₂ (X) și respectiv de N₂(Y) cu ajutorul ecuației chimice, unde avem :

                          3 H₂   +  N₂ ↔ 2 NH₃

stoechiometric : 3 moli H₂ ....1mol N₂.....2 moli NH₃

atunci:                 X moli H₂....Y moli N₂....4 moli NH₃

X moli H₂= 3 moli H₂.4 moli NH₃/ 2 moli NH₃= 6 moli H₂

Y moli N₂ = 1mol N₂.4 moli NH₃/ 2 moli NH₃= 2moli N₂

Observăm, că este dublul numărului de moli stoechiometrici.

• calculăm volumul de H₂, ce conține 6 moli de H₂, la:temperatura și presiunea indicate, cu ecuația de stare pentru gazele ideale (perfecte)

p . V = n . R. T

unde:

p= presiunea H₂=2 atm;

V= volum H₂=? L;  n=numărul de moli de H₂=6 moli

R=constanta universală a gazelor perfecte=0,082 L.atm / mol K

T=temperatura în grade K =t⁰C +273=127+273=400K

Rezulta:

2 atm .V H₂ = 6 moli . 0,082 (L.atm/mol.K) .400

2.V H₂=196,8 L

V H₂= 196,8 L/2=98,4 L

• calculăm acum, volumul de N₂ (V N₂) , ce conține 2 moli de N₂, la presiunea și temperatura precizate, cu ecuația de stare a gazelor perfecte, vezi calculul de mai sus (pentru V H₂):

V N₂ = 2 .0,082 L . 400 / 2=32,8 L

R: 98,4 L H₂; 32,8 L N₂

Explicație: