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:

$$4N{H}_3+5O_2\to 4NO+6H_{2}O$$

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.