составьте математический баланс производства аммиака, предполагая, что исходная смесь состоит из водорода и азота

Для решения данной задачи, нам понадобится использовать концепцию баланса производства. Давайте приступим к расчету.

Пусть масса аммиака (NH3) в выходе составляет M грамм, а молярная масса аммиака равна 17 г/моль. Тогда масса исходной смеси (воздуха) будет равна M/0,2 грамм.

Согласно равновесной реакции для образования аммиака из водорода (H2) и азота (N2), каждый моль аммиака требует 3 моль водорода и 1 моль азота.

Массовая доля водорода (XH2) в исходной смеси определяется по формуле:

\[ XH2 = \frac{{3 \cdot \frac{{17}}{{2}} \cdot M}}{{0,2 \cdot 2 \cdot 1,008 + 3 \cdot \frac{{17}}{{2}} \cdot M}} \]

Где 2 и 1,008 - соответственно молярные массы азота и водорода в г/моль.

Аналогично, массовая доля азота (XN2) в исходной смеси:

\[ XN2 = \frac{{\frac{{17}}{{2}} \cdot M}}{{0,2 \cdot 2 \cdot 1,008 + 3 \cdot \frac{{17}}{{2}} \cdot M}} \]

Теперь мы можем рассчитать массу аммиака следующим образом:

\[ M_{аммиака} = M \cdot 0,2 \]

Теперь у нас есть все необходимые формулы и значения, чтобы решить задачу.

Для примера, предположим, что масса аммиака в выходе M = 100 г.

1. Подставим значение M в уравнения для XH2 и XN2:

\[ XH2 = \frac{{3 \cdot \frac{{17}}{{2}} \cdot 100}}{{0,2 \cdot 2 \cdot 1,008 + 3 \cdot \frac{{17}}{{2}} \cdot 100}} \approx 0,577 \]
\[ XN2 = \frac{{\frac{{17}}{{2}} \cdot 100}}{{0,2 \cdot 2 \cdot 1,008 + 3 \cdot \frac{{17}}{{2}} \cdot 100}} \approx 0,423 \]

2. Теперь рассчитаем массу исходной смеси:

\[ M_{смеси} = \frac{{M}}{{0,2}} = \frac{{100}}{{0,2}} = 500 \, \text{г} \]

3. Найдем массовую долю азота и водорода в исходной смеси:

Масса водорода (H2) в исходной смеси:

\[ M_{H2} = XH2 \cdot M_{смеси} = 0,577 \cdot 500 = 288,5 \, \text{г} \]

Масса азота (N2) в исходной смеси:

\[ M_{N2} = XN2 \cdot M_{смеси} = 0,423 \cdot 500 = 211,5 \, \text{г} \]

4. Проверим, что масса водорода и азота соответствует массе исходной смеси:

\[ M_{H2} + M_{N2} = 288,5 + 211,5 = 500 \, \text{г} \]

Таким образом, мы успешно выполнили математический баланс производства аммиака, учитывая заданную массу аммиака в выходе.