Номер 4, страница 54 - гдз по химии 9 класс сборник контрольных и самостоятельных работ Сеген, Алексеева

Дано:

Масса азота: $m_{N_2} = 5.6 \text{ г}$

Объем водорода: $V_{H_2} = 17.92 \text{ дм}^3$

Молярный объем газов при нормальных условиях: $V_m = 22.4 \text{ дм}^3/\text{моль}$

Перевод данных в систему СИ:

$m_{N_2} = 5.6 \text{ г} = 0.0056 \text{ кг}$

$V_{H_2} = 17.92 \text{ дм}^3 = 0.01792 \text{ м}^3$

$V_m = 22.4 \text{ дм}^3/\text{моль} = 0.0224 \text{ м}^3/\text{моль}$

Найти:

$V_{\text{NH}_3} - ?$

Решение:

1. Напишем уравнение химической реакции синтеза аммиака:

$N_2 + 3H_2 \rightarrow 2NH_3$

2. Рассчитаем количество вещества каждого из исходных реагентов.

Молярная масса азота ($N_2$) составляет: $M_{N_2} = 2 \cdot A_r(N) = 2 \cdot 14 = 28 \text{ г/моль}$.

Количество вещества азота: $n_{N_2} = \frac{m_{N_2}}{M_{N_2}} = \frac{5.6 \text{ г}}{28 \text{ г/моль}} = 0.2 \text{ моль}$.

Количество вещества водорода ($H_2$) при нормальных условиях рассчитывается по формуле: $n = \frac{V}{V_m}$.

Количество вещества водорода: $n_{H_2} = \frac{V_{H_2}}{V_m} = \frac{17.92 \text{ дм}^3}{22.4 \text{ дм}^3/\text{моль}} = 0.8 \text{ моль}$.

3. Определим, какое из веществ является лимитирующим реагентом.

Согласно уравнению реакции, для полного взаимодействия 1 моль $N_2$ требуется 3 моль $H_2$.

Для имеющихся $0.2 \text{ моль } N_2$ потребуется $0.2 \text{ моль } N_2 \cdot \frac{3 \text{ моль } H_2}{1 \text{ моль } N_2} = 0.6 \text{ моль } H_2$.

Поскольку у нас имеется $0.8 \text{ моль } H_2$, что больше, чем необходимо ($0.8 \text{ моль } > 0.6 \text{ моль}$), водород находится в избытке. Следовательно, азот ($N_2$) является лимитирующим реагентом, и расчеты количества образовавшегося аммиака будут производиться по нему.

4. Рассчитаем количество вещества аммиака ($NH_3$), которое образуется.

Из уравнения реакции видно, что из 1 моль $N_2$ образуется 2 моль $NH_3$.

Тогда из $0.2 \text{ моль } N_2$ образуется: $n_{NH_3} = 0.2 \text{ моль } N_2 \cdot \frac{2 \text{ моль } NH_3}{1 \text{ моль } N_2} = 0.4 \text{ моль } NH_3$.

5. Рассчитаем объем аммиака ($NH_3$) при нормальных условиях.

Объем аммиака: $V_{NH_3} = n_{NH_3} \cdot V_m = 0.4 \text{ моль} \cdot 22.4 \text{ дм}^3/\text{моль} = 8.96 \text{ дм}^3$.

Ответ: 8.96 дм³