Какая масса водорода необходима для производства 5.0 тонн аммиака, при условии, что выход аммиака составляет

Для решения данной задачи необходимо знать химическую реакцию синтеза аммиака (NH3):

N2 + 3H2 -> 2NH3

Из реакции видно, что для синтеза одной молекулы аммиака требуется одна молекула азота (N2) и три молекулы водорода (H2). Наша задача - вычислить массу водорода, которая необходима для производства 5.0 тонн аммиака.

Шаг 1: Находим количество молекул аммиака по формуле:

Moles of ammonia = Mass of ammonia / Molar mass of ammonia

Молярная масса аммиака (NH3) равна сумме масс атомов азота (N) и водорода (H):

Molar mass of ammonia = (1 x Molar mass of nitrogen) + (3 x Molar mass of hydrogen)

Молярная масса азота (N2) равна сумме масс двух атомов азота:

Molar mass of nitrogen = 2 x Atomic mass of nitrogen

Молярная масса водорода (H2) равна массе двух атомов водорода:

Molar mass of hydrogen = 2 x Atomic mass of hydrogen

Шаг 2: Вычисляем количество молекул водорода, которое требуется для синтеза такого количества аммиака:

Moles of hydrogen = 3 x Moles of ammonia

Шаг 3: Вычисляем массу водорода:

Mass of hydrogen = Moles of hydrogen x Molar mass of hydrogen

Теперь, приступим к расчетам.

Шаг 1: Вычислим молярную массу аммиака:
\[
Molar\ mass\ of\ ammonia = (1 \times Molar\ mass\ of\ nitrogen) + (3 \times Molar\ mass\ of\ hydrogen)
\]
Поскольку массовое число азота равно 14.01 г/моль, а массовое число водорода составляет 1.008 г/моль (возьмем массовое число водорода из таблицы массовых чисел элементов), получим:

\[
Molar\ mass\ of\ ammonia = (1 \times 14.01) + (3 \times 1.008) = 17.03\ г/моль
\]

Шаг 2: Вычислим количество молекул аммиака:
\[
Moles\ of\ ammonia = \frac{{Mass\ of\ ammonia}}{{Molar\ mass\ of\ ammonia}}
\]
Имея массу аммиака в тоннах, нужно преобразовать ее в граммы, учитывая, что 1 тонна равна 1000 кг, а 1 кг равен 1000 г. В данном случае:

\[
Mass\ of\ ammonia = 5.0\ тонн \times 1000\ кг/тонна \times 1000\ г/кг = 5,000,000\ г
\]

Подставляя значения в формулу, получим:

\[
Moles\ of\ ammonia = \frac{{5,000,000}}{{17.03}} = 293,029.34\ моль
\]

Шаг 3: Вычислим количество молекул водорода:
\[
Moles\ of\ hydrogen = 3 \times Moles\ of\ ammonia = 3 \times 293,029.34 = 879,088.02\ моль
\]

Шаг 4: Вычислим массу водорода:
\[
Mass\ of\ hydrogen = Moles\ of\ hydrogen \times Molar\ mass\ of\ hydrogen = 879,088.02 \times 2 = 1,758,176.04\ г
\]

Таким образом, для производства 5.0 тонн аммиака необходимо 1,758,176.04 г водорода.