Bài 1: Cho 3 lít N2 và 9 lít H2 vào bình kín để thực hiện phản ứng tổng hợp NH3. Biết hiệu suất phản ứng là 50%, hỗn hợp thu được sau phản ứng có thể tích là bao nhiêu biết rằng các thể tích khí đo ở điều

Bài 1:

Phản ứng tổng hợp NH3 từ N2 và H2 được biểu diễn như sau:

N2 (g) + 3H2 (g) → 2NH3 (g)

Theo tỉ lệ phản ứng, 1 mol N2 sẽ tác dụng với 3 mol H2 để tạo ra 2 mol NH3. Dựa vào thể tích khí (đo ở điều kiện tiêu chuẩn), chúng ta có thể sử dụng thể tích của N2 và H2 để xác định số mol.

- Thể tích N2 = 3 lít
- Thể tích H2 = 9 lít

Tính số mol của chất tham gia:

- 1 mol khí chiếm 22.4 lít, do đó:
- Mol N2 = 3 lít / 22.4 lít/mol ≈ 0.134 mol
- Mol H2 = 9 lít / 22.4 lít/mol ≈ 0.402 mol

Theo tỉ lệ phản ứng:

N2: H2 = 1:3

Trong trường hợp này, 0.134 mol N2 cần 0.402 mol H2 nhưng thực tế có đủ 0.402 mol H2 nên N2 là chất giới hạn. Từ 0.134 mol N2 sẽ sản sinh ra:

(0.134 mol N2) x (2 mol NH3 / 1 mol N2) = 0.268 mol NH3.

Vậy thể tích NH3 sản phẩm thu được:

Thể tích NH3 = 0.268 mol x 22.4 lít/mol = 6 lít.

Do hiệu suất phản ứng là 50%, thể tích NH3 thực tế thu được là:

Thể tích NH3 thực tế = 6 lít x 50% = 3 lít.

Thể tích hỗn hợp khí sau phản ứng (bao gồm N2 chưa phản ứng, H2 đã phản ứng, và NH3 thu được):

- N2 chưa phản ứng = 3 lít - 3 x (0.134 mol) = 3 lít - 0.402 lít = 2.598 lít.
- H2 đã phản ứng: 9 lít - 3 x (0.134 mol) = 9 lít - 0.402 lít = 8.598 lít.
- Tổng thể tích sau phản ứng = 2.598 lít + 3 lít = 5.598 lít.

Vậy hỗn hợp thu được sau phản ứng có thể tích là khoảng 5.6 lít.

Bài 2:

Trong bài này, ta có:

- Thể tích N2 = 3.36 lít
- Thể tích H2 = 11.2 lít
- Thể tích hỗn hợp thu được sau phản ứng = 4.48 lít.

Tương tự như trên, tính số mol của N2 và H2:

- Mol N2 = 3.36 lít / 22.4 lít/mol = 0.150 mol
- Mol H2 = 11.2 lít / 22.4 lít/mol = 0.500 mol

Theo tỉ lệ phản ứng N2 và H2:

1 mol N2 cần 3 mol H2. Vậy 0.150 mol N2 cần:

0.150 mol N2 x 3 = 0.450 mol H2.

Dựa vào số mol H2 có sẵn (0.500 mol), H2 không phải là chất giới hạn. Chất giới hạn là N2.

Phản ứng sẽ tạo ra sản phẩm NH3:

0.150 mol N2 sẽ tạo ra:

(0.150 mol N2) x (2 mol NH3 / 1 mol N2) = 0.300 mol NH3.

Thể tích NH3:

0.300 mol x 22.4 lít/mol = 6.72 lít.

Tuy nhiên, thực tế thu được chỉ là 4.48 lít hỗn hợp khí, tức là hiệu suất phản ứng là:

Hiệu suất = (Thể tích thực tế thu được) / (Thể tích lý thuyết) x 100%

Thể tích lý thuyết của hỗn hợp khí = Thể tích N2 chưa phản ứng + Thể tích H2 đã phản ứng + Thể tích NH3 thu được.

Thể tích H2 đã phản ứng = 0.450 mol x 22.4 lít/mol = 10.08 lít.

Thể tích N2 chưa phản ứng = 3.36 lít - 3 x (0.150 mol) = 3.36 lít - 0.450 lít = 2.91 lít.

Tổng thể tích lý thuyết = 2.91 lít + 6.72 lít = 9.63 lít.

Hiệu suất = (4.48 lít) / (9.63 lít) x 100% ≈ 46.5%.

Vậy hiệu suất phản ứng trong bài 2 là khoảng 46.5%.