Каков объем газа, который останется неучаствующим в реакции после смешения 100 литров азота с 200 литрами водорода?

Чтобы решить эту задачу, нам сначала необходимо определить количество веществ каждого газа, который будет участвовать в реакции.

Из уравнения реакции видно, что на одну молекулу N2 газа требуется 3 молекулы H2 газа для образования 2 молекул NH3 газа.

Начнем с азота. Имеется 100 литров азота при нормальных условиях. Так как мы знаем, что у нас есть 1 молекула N2 газа, для определения количества азота в молях мы можем использовать идеальный газовый закон, где V - объем газа, n - количество вещества газа, R - универсальная газовая постоянная, а T и P - температура и давление газа соответственно при нормальных условиях (0 °C и 1 атм):

\[n_{N2} = \frac{PV}{RT}\]

\[n_{N2} = \frac{(1 \text{ атм}) \times (100 \text{ литров})}{(0.0821 \text{ атм} \cdot \text{литр} / (\text{моль} \cdot \text{К})) \times (273 \text{ К})}\]

\[n_{N2} \approx 4.86 \text{ моль}\]

Теперь посмотрим на водород. Имеется 200 литров водорода. Аналогично, мы можем использовать идеальный газовый закон, чтобы найти количество вещества водорода в молях:

\[n_{H2} = \frac{PV}{RT}\]

\[n_{H2} = \frac{(1 \text{ атм}) \times (200 \text{ литров})}{(0.0821 \text{ атм} \cdot \text{литр} / (\text{моль} \cdot \text{К})) \times (273 \text{ К})}\]

\[n_{H2} \approx 9.73 \text{ моль}\]

Теперь, когда у нас есть количество вещества азота и водорода в молях, мы можем определить, какую часть газа участвует в реакции и сколько останется неучаствующего газа.

В уравнении реакции видно, что на одну молекулу N2 газа требуется 3 молекулы H2 газа, то есть соотношение между ними равно 1:3. Найдем минимальное количество вещества N2 и H2, чтобы определить их соотношение:

\[n_{min} = \min\left(n_{N2}, \frac{n_{H2}}{3}\right)\]

\[n_{min} = \min\left(4.86 \text{ моль}, \frac{9.73 \text{ моль}}{3}\right)\]

\[n_{min} = \min(4.86 \text{ моль}, 3.24 \text{ моль})\]

\[n_{min} = 3.24 \text{ моль}\]

Исходя из найденного минимального количества вещества, мы можем выразить объем газа, который останется неучаствующим в реакции:

\[V_{неуч} = V_{общ} - V_{уч}\]

\[V_{неуч} = (n_{N2} + n_{H2}) \times RT / P - (n_{min} \times RT / P)\]

\[V_{неуч} = (4.86 \text{ моль} + 9.73 \text{ моль}) \times (0.0821 \text{ атм} \cdot \text{литр} / (\text{моль} \cdot \text{К})) \times (273 \text{ К}) / (1 \text{ атм}) - (3.24 \text{ моль} \times (0.0821 \text{ атм} \cdot \text{литр} / (\text{моль} \cdot \text{К})) \times (273 \text{ К}) / (1 \text{ атм}))\]

\[V_{неуч} \approx 195.25 \text{ литров}\]

Таким образом, после смешения 100 литров азота с 200 литрами водорода при нормальных условиях, останется примерно 195.25 литров газа, который не будет участвовать в реакции.