Для решения задачи нам нужно выяснить, сколько объёма азота требуется для получения 20,4 г аммиака (NH₃) с учётом выхода реакции 60%. Давайте разберём этот процесс шаг за шагом.
Шаг 1: Уравнение реакции образования аммиака
Аммиак образуется по следующему уравнению реакции:
[ N_2 + 3H_2 \rightarrow 2NH_3 ]
Шаг 2: Находим количество вещества аммиака
Сначала найдем количество вещества (моль) аммиака, учитывая массу:
[
n_{NH_3} = \frac{m_{NH_3}}{M_{NH_3}}
]
где:
- ( m_{NH_3} = 20.4 \text{ г} ) (масса аммиака),
- ( M_{NH_3} = 14 (N) + 3 \cdot 1 (H) = 17 \text{ г/моль} ).
Теперь подставим значения:
[
n_{NH_3} = \frac{20.4}{17} \approx 1.2 \text{ моль}
]
Шаг 3: Используем стехиометрию реакции
По уравнению реакции, для получения 2 моль аммиака необходимо 1 моль азота (N₂). У нас 1.2 моль NH₃, значит, нужно посчитать, сколько моль азота потребуется:
[
n_{N_2} = \frac{n_{NH_3}}{2} = \frac{1.2}{2} = 0.6 \text{ моль}
]
Шаг 4: Учитываем выход реакции
Согласно условию задачи, выход реакции составляет 60%. Таким образом, фактически для получения 0.6 моль азота нам нужно больше исходного вещества. Выход 60% означает, что мы получаем только 60% от теоретически возможного количества.
Сделаем корректировку:
[
n_{N2, \text{ необходимая}} = \frac{n_{N_2}}{0.6} = \frac{0.6}{0.6} = 1 \text{ моль}
]
Шаг 5: Вычисляем объём газа при нормальных условиях
При нормальных условиях (н. у.), 1 моль газа занимает 22.4 литра. Поэтому объём азота, которого нам нужно, рассчитывается следующим образом:
[
V_{N_2} = n_{N_2, \text{ необходимая}} \cdot 22.4 \text{ л/моль} = 1 \cdot 22.4 = 22.4 \text{ л}
]
Ответ
Таким образом, объём азота, который необходимо взять для получения 20.4 г аммиака при выходе реакции 60%, составляет:
[
\boxed{22.4} \text{ литров}
]
