Обчисліть вихід продукту реакції амоніяку відносно його теоретично можливої кількості на основі використаної 40 літрів

Для розв"язання даної задачі потрібно використати хімічну реакцію утворення амоніяку. Ця реакція може бути представлена наступним рівнянням:

\[N_2 + 3H_2 \rightarrow 2NH_3\]

З цього рівняння видно, що коефіцієнт перед амоніаком становить 2, а перед азотом - 1, і перед воднем - 3.

Дано, що використано 40 літрів азоту. Оскільки азот є умовною речовиною, ми можемо використати його об"ємну частку для розрахунку.

Також нам дано, що отримали 48,6 грамів амоніяку. Ця маса є фізичною величиною і може бути використана без будь-яких перетворень.

Для визначення вихідної продуктивності амоніяку (тобто відношення фактично отриманого амоніяку до його теоретично можливої кількості) необхідно визначити, яка кількість амоніаку могла б бути синтезована за умов даних кількостей реагентів.

За рівнянням знаходимо стехіометричний відношення між азотом і амоніаком: 1 моль азоту утворює 2 моля амоніаку.

Оскільки ми маємо дані у вигляді об"єму азоту, нам спочатку потрібно перевести його в мольну кількість. Використаємо ідеальний газовий закон:

\[PV = nRT\]

де P - тиск (визначений), V - об"єм (40 л), n - кількість речовини в молях, R - універсальна газова стала (8.314 Дж/(моль·К)), T - температура (визначена).

Оскільки у нас немає вказаної температури, ми можемо припустити, що вона є стандартною температурою і середовищем реакції. Тоді ми можемо використовувати значення \((273.15+25) K = 298.15 K\) для температури.

Там, де n - кількість речовини (в молях), обчислюється за формулою:

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

Підставимо відомі значення в цю формулу:

\[n = \dfrac{(1 атм) \times (40 л)}{(8.314 Дж/(моль·К) \times 298.15 K)}\]

Після обчислень отримуємо кількість азоту в мольних одиницях.

Помножимо цю кількість азоту на коефіцієнт стехіометрії його утворення відносно амоніаку (1) та на 2 за рівнянням реакції:

\[n(NH_3) = n(N_2) \times 2\]

Тепер ми знаємо кількість амоніаку, яку б могли отримати при наявності такої самої кількості азоту.

Нарешті, ми можемо використати відому масу амоніаку (48.6 г) та молярну масу амоніаку для обчислення його мольної кількості. Молярна маса амоніаку дорівнює сумі мас гідрогену і азоту:

\[M(NH_3) = M(N) + 3 \times M(H)\]

Підставимо відомі значення і отримаємо мольну кількість амоніаку.

Тепер, отримавши теоретичну кількість амоніаку та фактичну кількість амоніаку, ми можемо обчислити вихід продукту реакції амоніяку, відношенням фактичного до теоретичного об"єму амоніаку.

\[Вихід = \dfrac{Кількість фактична амоніак у мольних одиницях}{Кількість теоретична амоніак у мольних одиницях} \times 100\%\]

Підставляємо відповідні значення і обчислюємо вихід продукту реакції амоніяку.

Дані:
Обсяг азоту, V(N2) = 40 л
Маса амоніаку, m(NH3) = 48.6 г
Тиск, P = 1 атм
Універсальна газова стала, R = 8.314 Дж/(моль·К)
Температура, T = 298.15 К

1. Обчислення кількості азоту в мольних одиницях:
\[n(N2) = \dfrac{PV}{RT}\]

2. Обчислення кількості амоніаку в мольних одиницях:
\[n(NH3) = n(N2) \times 2\]

3. Обчислення вихіду продукту реакції амоніяку:
\[Вихід = \dfrac{Кількість фактична амоніак у мольних одиницях}{Кількість теоретична амоніак у мольних одиницях} \times 100\%\]