Определите среднюю скорость расходования азота (в моль/(л*с)), если в ходе синтеза аммиака из водорода и азота в реакторе объёмом 2.5 л за 4 секунды было получено 34 г аммиака. Выход реакции считать колличественным.
Чтобы решить эту задачу, давайте поэтапно разберем, как определить среднюю скорость расходования азота (N₂) в ходе реакции синтеза аммиака (NH₃) из водорода (H₂) и азота.
1. **Запишем химическую реакцию.**
Реакция синтеза аммиака можно записать следующим образом:
\[
N_2 + 3H_2 \rightleftharpoons 2NH_3
\]
Из уравнения видно, что 1 моль азота реагирует с 3 молями водорода, чтобы получить 2 моли аммиака.
2. **Найдем количество вещества аммиака, полученного в реакции.**
Сначала переведем массу аммиака в количество вещества (в молях). Для этого используем формулу:
\[
n = \frac{m}{M}
\]
где:
- \( n \) — количество вещества (моль),
- \( m \) — масса (граммы),
- \( M \) — молярная масса (г/моль).
Молярная масса аммиака (NH₃):
- Азот (N) = 14 г/моль,
- Водород (H) = 1 г/моль (так как 3 атома водорода, 3 * 1 = 3 г/моль),
- Таким образом, \( M_{NH3} = 14 + 3 = 17 \) г/моль.
Подставим значения в формулу:
\[
n_{NH3} = \frac{34 \, \text{г}}{17 \, \text{г/моль}} = 2 \, \text{моль}
\]
3. **Определим, сколько молей азота было израсходовано.**
Из уравнения реакции видно, что на 2 моля аммиака необходимо 1 моль азота. Следовательно, для получения 2 моль NH₃ требуется 1 моль N₂:
\[
n_{N2} = \frac{2 \, \text{моль} \, NH3}{2} = 1 \, \text{моль} \, N2
\]
4. **Найдем среднюю скорость расходования азота.**
Средняя скорость реакции определяется как изменение количества вещества (израсходованного) в единицу времени, деленное на объем реактора. Скорость можно определить по формуле:
\[
v = -\frac{\Delta n}{\Delta t \cdot V}
\]
где:
- \( \Delta n \) — изменение количества вещества (количество моль N₂),
- \( \Delta t \) — время (время реакции в секундах),
- \( V \) — объем реактора (в литрах).
Подставляем значения:
- \( \Delta n = 1 \, \text{моль} \),
- \( \Delta t = 4 \, \text{с} \),
- \( V = 2.5 \, \text{л} \).
\[
v = -\frac{1 \, \text{моль}}{4 \, \text{с} \cdot 2.5 \, \text{л}} = -\frac{1}{10} = -0.1 \, \text{моль/(л*с)}
\]
Мы берем отрицательное значение, потому что это расходуется вещество, но скорость обычно указывается в положительных значениях.
5. **Ответ:**
Средняя скорость расходования азота составляет \( 0.1 \, \text{моль/(л*с)} \).
Таким образом, мы успешно определили среднюю скорость расходования азота в ходе синтеза аммиака, и теперь у вас есть полное понимание процесса решения.
