Thực hiện phản ứng tổng hợp amoniac từ N2 và H2 với hiệu suất H%, thu được hỗn hợp X chứa 10% NH3

Phương pháp giải:

$\left\{\begin{array}{l}{N}_2\\ H_2\end{array}\right.\to X\left\{\begin{array}{l}N{H}_3\\ N_{2}du\\ H_{2}du\end{array}\right.\stackrel{+CuOdu}{\to }Y\left\{\begin{array}{l}{N}_2\\ H_{2}O\end{array}\right.\stackrel{lamlanh}{\to }{N}_2$ 

Sau khi ngưng tụ còn lại khí N₂ ⟹ n_N2 ⟹ n_{N2 (ban đầu)}.

N₂ + 3H₂ ⇄ 2NH₃

3CuO + 2NH₃ → 3Cu + N₂ + 3H₂O

CuO + H₂ → Cu + H₂O

m_{chất rắn giảm} = m_{O pư} ⟹ n_{O pư}

Bảo toàn electron toàn bộ quá trình ⟹ n_{H2 (ban đầu)}.

So sánh thấy $\frac{n_{N_2}}{1}>\frac{n_{H_2}}{3}$ ⟹ Hiệu suất tính theo H₂.

Sau đó tính theo PTHH: N₂ + 3H₂ ⇄ 2NH₃.

Giải chi tiết:

$\left\{\begin{array}{l}{N}_2\\ H_2\end{array}\right.\to X\left\{\begin{array}{l}N{H}_3\\ N_{2}du\\ H_{2}du\end{array}\right.\stackrel{+CuOdu}{\to }Y\left\{\begin{array}{l}{N}_2\\ H_{2}O\end{array}\right.\stackrel{lamlanh}{\to }{N}_2$

Sau khi ngưng tụ còn lại khí N₂ ⟹ n_N2 = 0,3 mol = n_{N2 (ban đầu)}

N₂ + 3H₂ ⇄ 2NH₃

3CuO + 2NH₃ → 3Cu + N₂ + 3H₂O

CuO + H₂ → Cu + H₂O

m_{chất rắn giảm} = m_{O pư} = 12,8 gam ⟹ n_{O pư} = 0,8 mol

Bảo toàn electron toàn bộ quá trình: 2n_{H2 (ban đầu)} = 2n_{O pư} ⟹ n_{H2 (ban đầu)} = 0,8 mol

Ta thấy: $\frac{n_{N_2}}{1}>\frac{n_{H_2}}{3}$ ⟹ Hiệu suất tính theo H₂.

              N₂   +   3H₂   ⇄   2NH₃

BĐ:        0,3         0,8                     (mol)

PƯ:          x           3x             2x    (mol)

SAU:   (0,3-x)   (0,8-3x)       2x     (mol)

⟹ n_sau = (0,3 - x) + (0,8 - 3x) + 2x = 1,1 - 2x (mol)

Mà %V_NH3 = 10% ⟹ $\frac{2\text{x}}{1,1-2\text{x}}=0,1$⟹ x = 0,05.

H%$=\frac{n_{H_2\left(pu\right)}}{n_{H_2\left(b\text{d}\right)}}.100\text{\%=}\frac{3.0,05}{0,8}.100\text{\%}=18,75\%.$