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 hỗn hợp khí.
(a) Tính hiệu suất phản ứng tổng hợp NH3.
(b) Tính thể tích khí ammoniumac được tạo thành (ở đkc).

Question

Accepted Answer

Để giải bài toán này, trước tiên ta cần viết phương trình phản ứng tổng hợp amoniac (NH3) từ nitơ (N2) và hydro (H2):

$$ N_2(g) + 3H_2(g) \rightleftharpoons 2NH_3(g) $$

### (a) Tính hiệu suất phản ứng tổng hợp NH3

1. **Số mol tối đa của NH3 có thể tạo ra:**
   Từ phương trình phản ứng, ta thấy 1 mol N2 cần 3 mol H2 để tạo ra 2 mol NH3.
   - Với 3,0 mol N2 sẽ cần 9,0 mol H2 để tạo ra 6,0 mol NH3.
   - Tuy nhiên, ta chỉ có 7,0 mol H2, do đó H2 là chất giới hạn.

2. **Số mol NH3 có thể tạo ra từ 7,0 mol H2:**
   - Từ 3 mol H2 tạo ra 2 mol NH3.
   - Vậy từ 7,0 mol H2 sẽ tạo ra:
     $$
     \text{Số mol NH3} = \frac{2}{3} \times 7,0 = \frac{14}{3} \approx 4,67 \text{ mol}
     $$

3. **Số mol NH3 thực tế thu được:**
   Theo đề bài, hỗn hợp khí sau phản ứng thu được 8 mol. Số mol khí này bao gồm NH3 và các khí không phản ứng còn lại (N2 và H2).

4. **Tính hiệu suất:**
   - Số mol NH3 thực tế tạo ra = Tổng số mol - (Số mol N2 không phản ứng + Số mol H2 không phản ứng).
   - Số mol N2 không phản ứng = 3,0 mol - (số mol N2 đã phản ứng).
   - Số mol H2 không phản ứng = 7,0 mol - (số mol H2 đã phản ứng).
   - Tính toán số mol NH3 thực tế được tạo ra từ số mol còn lại.

Giả sử x mol N2 đã phản ứng, khi đó:
- Số mol N2 còn lại = $ 3 - x $
- Số mol H2 đã phản ứng = $ 3x $
- Số mol H2 còn lại = $ 7 - 3x $

Ta có:
$$ 8 = 2x + (3 - x) + (7 - 3x) $$

Giải phương trình:
$$ 8 = 2x + 3 - x + 7 - 3x $$
$$ 8 = 10 - 2x $$
$$ 2x = 2 $$
$$ x = 1 $$

Vậy số mol NH3 tạo ra là:
$$ 2x = 2 \times 1 = 2 \text{ mol} $$

**Tính hiệu suất:**
$$
\text{Hiệu suất} = \frac{\text{Số mol NH3 thực tế}}{\text{Số mol NH3 tối đa}} \times 100\% = \frac{2}{4,67} \times 100\% \approx 42,8\%
$$

### (b) Tính thể tích khí ammoniac được tạo thành (ở đkc)

Theo định luật Avogadro, 1 mol khí ở điều kiện tiêu chuẩn (đkc) chiếm khoảng 22,4 L.

Với 2 mol NH3 được tạo ra, thể tích sẽ là:
$$
V = n \times 22,4 \text{ L} = 2 \times 22,4 = 44,8 \text{ L}
$$

### Kết luận:
(a) Hiệu suất phản ứng tổng hợp NH3 khoảng 42,8%.  
(b) Thể tích khí ammoniac được tạo thành là 44,8 L.

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...