Каковы равновесные концентрации азота и водорода после нагревания смеси водорода и азота массой 20 г плотностью

Для решения этой задачи мы можем использовать закон Гей-Люссака, который говорит о том, что в химической реакции газовые реагенты и продукты относятся друг к другу в простых соотношениях объемов при одинаковых условиях температуры и давления. Закон Гей-Люссака выглядит следующим образом:

\[
\frac{{V_1}}{{n_1}} = \frac{{V_2}}{{n_2}}
\]

где \(V_1\) и \(V_2\) - объемы газов в начальном и конечном состояниях соответственно, \(n_1\) и \(n_2\) - количество вещества газов в начальном и конечном состояниях соответственно.

По условию задачи, у нас есть смесь водорода (H₂) и азота (N₂) массой 20 г. Мы также знаем, что объем сосуда составляет 2 л. Равновесная концентрация аммиака (NH₃) составляет 0,1 моль/л.

Для начала нам нужно найти количество вещества аммиака, соответствующее заданной концентрации. Используя формулу для концентрации:

\[
C = \frac{{n}}{{V}}
\]

где \(C\) - концентрация, \(n\) - количество вещества и \(V\) - объем, мы можем переписать это в виде:

\[
n = C \times V
\]

Подставляя известные значения, мы получаем:

\[
n = 0,1 \, \text{{моль/л}} \times 2 \, \text{{л}} = 0,2 \, \text{{моль}}
\]

Теперь, зная количество вещества аммиака, мы можем использовать закон Гей-Люссака, чтобы найти количество вещества водорода и азота.

Поскольку аммиак образуется из водорода и азота в соотношении 3:1, мы можем записать:

\[
n_{\text{{H}}_2} = 3 \times n_{\text{{NH}}_3} = 3 \times 0,2 \, \text{{моль}} = 0,6 \, \text{{моль}}
\]

\[
n_{\text{{N}}_2} = 1 \times n_{\text{{NH}}_3} = 1 \times 0,2 \, \text{{моль}} = 0,2 \, \text{{моль}}
\]

Теперь, чтобы найти равновесные концентрации азота и водорода, мы должны разделить количество вещества каждого газа на объем сосуда:

\[
C_{\text{{H}}_2} = \frac{{n_{\text{{H}}_2}}}{{V}} = \frac{{0,6 \, \text{{моль}}}}{{2 \, \text{{л}}}} = 0,3 \, \text{{моль/л}}
\]

\[
C_{\text{{N}}_2} = \frac{{n_{\text{{N}}_2}}}{{V}} = \frac{{0,2 \, \text{{моль}}}}{{2 \, \text{{л}}}} = 0,1 \, \text{{моль/л}}
\]

Таким образом, равновесные концентрации азота и водорода после нагревания смеси будут составлять 0,3 моль/л и 0,1 моль/л соответственно.