Номер 64, страница 19 - гдз по химии 9 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

64. В результате взаимодействия азота и водорода образовался аммиак объёмом (н. у.) 2,24 $дм^3$. Рассчитайте химические количества водорода и азота, вступивших в реакцию.

Дано:

Объем аммиака $V(\text{NH}_3) = 2,24 \text{ дм}^3$

Условия: н. у. (нормальные условия)

Перевод в СИ:

$V(\text{NH}_3) = 2,24 \text{ дм}^3 = 2,24 \cdot 10^{-3} \text{ м}^3$

Найти:

$n(\text{N}_2) - ?$

$n(\text{H}_2) - ?$

Решение:

1. Запишем уравнение реакции синтеза аммиака из азота и водорода. Это обратимая реакция, но для стехиометрических расчетов мы можем представить ее в виде:

$ \text{N}_2 + 3\text{H}_2 \rightleftharpoons 2\text{NH}_3 $

Из уравнения реакции следует, что 1 моль азота реагирует с 3 молями водорода, образуя 2 моля аммиака. Таким образом, соотношение химических количеств (в молях) участвующих веществ равно их стехиометрическим коэффициентам:

$ n(\text{N}_2) : n(\text{H}_2) : n(\text{NH}_3) = 1 : 3 : 2 $

2. Рассчитаем химическое количество (количество вещества) аммиака, зная его объем при нормальных условиях (н. у.). При н. у. молярный объем любого газа $V_m$ составляет 22,4 дм³/моль.

Химическое количество $n$ вычисляется по формуле:

$ n = \frac{V}{V_m} $

Подставим известные значения для аммиака:

$ n(\text{NH}_3) = \frac{V(\text{NH}_3)}{V_m} = \frac{2,24 \text{ дм}^3}{22,4 \text{ дм}^3/\text{моль}} = 0,1 \text{ моль} $

3. Используя пропорции из уравнения реакции, найдем химические количества азота и водорода, которые вступили в реакцию для образования 0,1 моль аммиака.

Найдем химическое количество азота $n(\text{N}_2)$. Согласно соотношению $n(\text{N}_2) : n(\text{NH}_3) = 1 : 2$, количество азота в 2 раза меньше количества аммиака:

$ n(\text{N}_2) = \frac{1}{2} \cdot n(\text{NH}_3) = \frac{1}{2} \cdot 0,1 \text{ моль} = 0,05 \text{ моль} $

Найдем химическое количество водорода $n(\text{H}_2)$. Согласно соотношению $n(\text{H}_2) : n(\text{NH}_3) = 3 : 2$, количество водорода составляет $3/2$ от количества аммиака:

$ n(\text{H}_2) = \frac{3}{2} \cdot n(\text{NH}_3) = \frac{3}{2} \cdot 0,1 \text{ моль} = 0,15 \text{ моль} $

Ответ: химическое количество азота, вступившего в реакцию, составляет $n(\text{N}_2) = 0,05 \text{ моль}$; химическое количество водорода, вступившего в реакцию, составляет $n(\text{H}_2) = 0,15 \text{ моль}$.