Trong một bình kín dung tích 8 lít nung một hỗn hợp gồm 2 mol N2 và 8 mol H2 ở nhiệt độ 4720C và áp suất P. Khi phản ứng đạt đến trong thái cân bằng thu được một hỗn hợp trong đó NH3 chiếm 25% thể tích. Tính

Để giải bài toán này, đầu tiên chúng ta cần xác định số lượng mol của các chất tham gia và sản phẩm trong phản ứng tổng hợp amoniac. Phản ứng tổng hợp amoniac được biểu diễn như sau:

N2(g) + 3H2(g) ⇌ 2NH3(g)

1. Xác định điều kiện ban đầu:
- Số mol N2 = 2 mol
- Số mol H2 = 8 mol
- Tổng số mol ban đầu = 2 + 8 = 10 mol.

2. Xác định thể tích:
- Dung tích bình = 8 lít, ở nhiệt độ 472°C và áp suất P.
- Số mol khí (n) liên quan đến thể tích (V) bằng phương trình: n = PV/RT
- Tính số mol theo điều kiện ban đầu (P, V, T):
- Ta có thể sử dụng số mol ban đầu để biết số mol khí có trong bình.

3. Phản ứng xảy ra:
- Giả sử x mol N2 đã phản ứng, theo phương trình:
- N2 là 1 mol → phản ứng x mol → 3x mol H2 sẽ tham gia.
- Số mol NH3 tạo thành từ phản ứng là 2x mol.

4. Tính toán tại thời điểm cân bằng:
- Sau khi phản ứng, số mol N2 còn lại = 2 - x
- Số mol H2 còn lại = 8 - 3x
- Số mol NH3 hình thành = 2x
- Tổng số mol tại cân bằng = (2 - x) + (8 - 3x) + 2x = 10 - 2x

5. Tính thể tích NH3:
- Theo đề bài, NH3 chiếm 25% thể tích.
- Vậy thể tích của NH3 = 0.25 tổng thể tích bình = 0.25 8L = 2L.
- Số mol của NH3 = pV/RT, tương ứng với 2L và 472°C.

6. Tính số mol của NH3 từ thể tích:
- Từ lý tưởng gas, n = PV/RT (giả sử P=1atm).
- Ta tìm nNH3 bằng công thức n = 2L/(R*745);
- Bằng việc tính toán, ta có thể tìm được số mol NH3 = 0.25 * tổng số mol.

7. Xác định x từ số mol NH3:
- Số mol NH3 = 2x.
- Khi ta đã có số mol của NH3 = 0.5 mol thì có thể thiết lập phương trình: 2x = 0.5 ⇒ x = 0.25 mol.

8. Tính hiệu suất phản ứng:
- Hiệu suất phản ứng (H) được tính bằng công thức:
H = (số mol sản phẩm thực tế / số mol sản phẩm lý thuyết) * 100%
- Sản phẩm lý thuyết cho 2 mol N2 sẽ là 4 mol NH3 (theo tỷ lệ 1:2).
- Do đó:
- Số mol lý thuyết NH3 = 2 * 2 = 4 mol.
- Số mol thực tế NH3 = 0.5 mol.
- H = (0.5 mol / 4 mol) * 100% = 12.5%.

Kết luận: Hiệu suất phản ứng tổng hợp amoniac là 12.5%.