Газовую смесь, состоящую из 10 дм3 азота и 15 дм3 водорода, пропустили над катализатором при нагревании. Определите объёмную долю водорода в равнрвесной смеси в момент, когда…

Задача по химии (11 класс) с целью понять процесс: определить объемную долю водорода в смеси после того, как прореагировало 30% водорода, учитывая реакцию азот+водород → аммиак ( Haber: N2 + 3 H2 → 2 NH3). Пусть все в газообразном состоянии и условия T, P одинаковы, поэтому объемы пропорциональны количеству веществ.

Пошаговое решение

1. Обозначим исходные объемы (и массы, пропорциональные количеству вещества):

• N2: 10 dm3
• H2: 15 dm3
• NH3 изначально отсутствует (0 dm3)

2. Что значит «прореагировало 30% по объему водорода»:

• Объем водорода, который прореагировал = 0.30 × 15 = 4.5 dm3
• По стехиометрии реакции N2 + 3 H2 → 2 NH3 расходуется на 3 моля H2 ровно 1 моль N2: Н2, расходованный: 4.5 dm3 N2, расходованный: (1/3) × 4.5 = 1.5 dm3 NH3, образовавшийся: (2/3) × 4.5 = 3.0 dm3

3. Конечные объемы компонентов после прогресса реакции:

• N2_f = 10 − 1.5 = 8.5 dm3
• H2_f = 15 − 4.5 = 10.5 dm3
• NH3_f = 0 + 3.0 = 3.0 dm3

4. Итоговый общий объем смеси (при тех же условиях T, P и идеальном behaviour газов):

• V_total = 8.5 + 10.5 + 3.0 = 22.0 dm3

5. Объемная доля водорода в смеси после прогресса реакции:

• y_H2 = V_H2_f / V_total = 10.5 / 22.0 ≈ 0.477
• В виде процента: ≈ 47.7%

Проверка

• Сумма объемных долей: y_N2 = 8.5/22 ≈ 0.386, y_H2 ≈ 0.477, y_NH3 = 3/22 ≈ 0.136. Сумма ≈ 1. Все корректно.

Ответ: объемная доля водорода в смеси после реакции, когда прореагировало 30% водорода, равна примерно 47.7% (или 0.477). Принятые допущения: идеальные газовые поведения, одинаковые условия температуры и давления до и после реакции, объемы пропорциональны количеству вещества.