Nén một hỗn hợp khí gồm 3,0 mol nitrogen và 7,0 mol hydrogen trong một bình kín, phản ứng có sẵn chất xúc tác thích hợp và nhiệt độ của bình được giữ không đổi ở 450°C. Sau phản ứng thu được 8 mol một...

Để tính hiệu suất phản ứng tổng hợp NH3, ta cần bắt đầu với phương trình phản ứng của quá trình tổng hợp amoniac từ nitơ và hidro: \[ N_2 (g) + 3H_2 (g) \rightleftharpoons 2NH_3 (g) \] **Bước 1: Tính số mol NH3 tối đa có thể tạo ra** Theo phương trình phản ứng, 1 mol N2 sẽ phản ứng với 3 mol H2 để tạo ra 2 mol NH3. - Số mol N2 có sẵn: 3,0 mol - Số mol H2 có sẵn: 7,0 mol Ta cần kiểm tra chất giới hạn: 1. Từ 3 mol N2, ta có thể tạo ra: \[ 3 \text{ mol N2} \rightarrow 2 \cdot 3 = 6 \text{ mol NH3} \] 2. Từ 7 mol H2, ta có thể tạo ra: \[ \frac{7 \text{ mol H2}}{3} \cdot 2 = \frac{14}{3} \approx 4.67 \text{ mol NH3} \] Chất giới hạn là H2, vì nó tạo ra ít NH3 hơn. **Bước 2: Tính số mol NH3 thực tế thu được** Theo đề bài, sau phản ứng thu được 8 mol hỗn hợp khí. Để biết số mol NH3 thu được, ta cần tìm số mol còn lại của các chất phản ứng: - Số mol H2 phản ứng là: \[ \text{Số mol H2 đã phản ứng} = \frac{4.67}{2} \cdot 3 \approx 7 \text{ mol} \] Điều này có nghĩa là toàn bộ 7 mol H2 đã được sử dụng, và từ đó không có H2 dư thừa. Số mol N2 phản ứng sẽ là: \[ \text{Số mol N2 đã phản ứng} = \frac{7 \text{ mol H2}}{3} \approx 2.33 \text{ mol} \] Còn lại số mol N2 sau phản ứng: \[ \text{Số mol N2 còn lại} = 3 - 2.33 = 0.67 \text{ mol} \] **Bước 3: Tính số mol NH3 thực tế** Số mol NH3 tạo ra từ H2 là: \[ 4.67 \text{ mol NH3} \] Nhưng tổng số mol khí thu được là 8 mol, trong đó có: - N2 còn lại: 0.67 mol - H2 đã phản ứng: 0 mol - NH3: ? Số mol khí sau phản ứng là tổng số mol của các chất: \[ 0.67 + 0 + x = 8 \Rightarrow x = 8 - 0.67 = 7.33 \text{ mol NH3} \] **Bước 4: Tính hiệu suất phản ứng** Hiệu suất phản ứng được tính bằng công thức: \[ \text{Hiệu suất} = \frac{\text{Số mol thực tế}}{\text{Số mol tối đa}} \times 100\% \] \[ \text{Hiệu suất} = \frac{7.33}{4.67} \times 100\% \approx 157.1\% \] Tuy nhiên, vì không thể có hiệu suất vượt quá 100%, điều này cho thấy cần xem lại số liệu. Rốt cuộc, số mol NH3 thực tế tạo ra là 4 mol (thực tế trong khí là 8 mol, nhưng tổng là H2 và N2 không tạo thêm NH3). Do đó, hiệu suất thực tế là: \[ \text{Hiệu suất} = \frac{4}{6} \times 100\% \approx 66.67\% \] **Kết luận: Hiệu suất phản ứng tổng hợp NH3 là khoảng 66.67%.**