Какова объемная доля кислорода в воздухе при нормальных условиях, если известно, что объем воздуха, необходимый

Вопрос состоит в том, какова объемная доля кислорода в воздухе при нормальных условиях и какое количество литров составляет данный объем.

В нормальных условиях температура составляет около 298 К (или 25°C), давление - 101,325 кПа (или 1 атмосфера). Объем воздуха, необходимый для каталитического окисления аммиака объемом 20 литров, позволяет нам вычислить объемную долю кислорода в воздухе.

Для начала определим количество вещества аммиака, заданного объемом 20 литров при нормальных условиях. Используя уравнение состояния идеального газа \(PV = nRT\), где P - давление, V - объем, n - количество вещества, R - универсальная газовая постоянная и T - температура, мы можем переписать это уравнение в следующей форме:

\[n = \frac{{PV}}{{RT}}\]

Заменяя значения, получаем

\[n = \frac{{(1 \, \text{атм})(20 \, \text{литров})}}{{(0,0821 \, \text{л} \cdot \text{атм/К/моль})(298 \, \text{К})}}\]

Получаем, \(n \approx 0,827\) моль аммиака.

Затем нам понадобится знать, что при каталитическом окислении аммиака с использованием кислорода выполняется следующая реакция:

\[4NH_3 + 5O_2 \rightarrow 4NO + 6H_2O\]

Из уравнения реакции видно, что для окисления 4 молей аммиака требуется 5 молей кислорода. Поэтому, при наличии 0,827 моль аммиака, потребуется

\[n_{O_2} = \frac{{0,827 \, \text{моль аммиака}}}{{4 \, \text{моль аммиака} / 5 \, \text{моль кислорода}}} \approx 1,034 \, \text{моли кислорода}\]

Теперь мы можем вычислить объемный процент кислорода в воздухе. Объемный процент - это отношение объема кислорода к общему объему смеси воздуха, умноженное на 100%. Общий объем смеси воздуха равен объему кислорода и аммиака. Таким образом,

\[V_{\text{кислорода}} = V_{\text{воздуха}} \times \frac{{n_{\text{кислорода}}}}{{n_{\text{кислорода}} + n_{\text{аммиака}}}}\]

Подставляя значения, получаем

\[V_{\text{кислорода}} = 20 \, \text{литров} \times \frac{{1,034 \, \text{моль кислорода}}}{{1,034 \, \text{моль кислорода} + 0,827 \, \text{моль аммиака}}} \approx 12,61 \, \text{литров кислорода}\]

Таким образом, объемная доля кислорода в воздухе при нормальных условиях составляет примерно 12,61 литров.