Bài 4.23 trang 15, 16, 17, 18 SBT Hóa 11 - Kết nối tri thức: Hỗn hợp X gồm N2 và H2 có tỉ lệ mol tương ứng là 1 : 3. Nung nóng X trong bình kín (450 oC...

Hỗn hợp X gồm N₂ và H₂ có tỉ lệ mol tương ứng là 1 : 3. Nung nóng X trong bình kín (450 ^oC, xúc tác Fe) một thời gian, thu được hỗn hợp khí có số mol giảm 5% so với ban đầu. Tính hiệu suất của phản ứng tổng hợp NH₃.

Phương pháp giải :

Tính số mol giảm của phản ứng rồi tính hiệu suất của phản ứng theo N₂ hoặc H₂. Với N₂ và H₂ có tỉ lệ mol tương ứng là 1 : 3, phản ứng vừa đủ theo tỉ lệ trên nên có thể tính hiệu suất của phản ứng theo N₂ hoặc H₂.

Lời giải chi tiết:

Hỗn hợp X gồm N₂ và H₂ có tỉ lệ mol tương ứng là 1 : 3.

Chọn \({{\rm{n}}_{{{\rm{N}}_{\rm{2}}}}} = 1{\rm{ (mol)}};{\rm{ }}{{\rm{n}}_{{{\rm{H}}_{\rm{2}}}}} = 3{\rm{ }}({\rm{mol}})\)

\( \Rightarrow \)Số mol khí ban đầu là: \(1 + 3 = 4{\rm{ (mol)}}\)

Gọi x (mol) là số mol N₂ phản ứng.

Xét cân bằng:

\({{\rm{N}}_2}\left( g \right){\rm{ }} + {\rm{ }}3{{\rm{H}}_2}\left( g \right){\rm{ }} \mathbin{\lower.3ex\hbox{$\buildrel\textstyle\rightarrow\over{\smash{\leftarrow}\vphantom{_{\vbox to.5ex{\vss}}}}$}} {\rm{ }}2{\rm{N}}{{\rm{H}}_3}\left( g \right){\rm{ }}\)

Ban đầu (mol): 1 3 0

Phản ứng (mol): x → 3x → 2x

Cân bằng (mol): 1 - x 3 – 3x 2x

\( \Rightarrow \)Số mol khí sau phản ứng: \({\rm{(1}} - {\rm{x}}){\rm{ + (3 — 3x) + 2x = 4}} - {\rm{2x (mol)}}\)

\( \Rightarrow \)Số mol khí giảm so với ban đầu: \(4 - (4 - 2{\rm{x}}) = 2{\rm{x (mol)}}\)

Ta có: hỗn hợp khí sau phản ứng có số mol giảm 5% so với ban đầu.

\( \Leftrightarrow 2{\rm{x}} = \frac{5}{{100}} \times 4 \Rightarrow {\rm{x}} = 0,1{\rm{ (mol)}}\)

\(\begin{array}{l} \Rightarrow {{\rm{n}}_{{{\rm{N}}_{\rm{2}}}{\rm{p/u}}}} = {\rm{x}} = 0,1{\rm{ }}{({\rm{mol}})^{}}\\ \Rightarrow {\rm{H}} = \frac{{{{\rm{n}}_{{{\rm{N}}_{\rm{2}}}{\rm{p/u}}}}}}{{{{\rm{n}}_{{{\rm{N}}_{\rm{2}}}{\rm{bd}}}}}} \times 100\% = \frac{{0,1}}{1} \times 100\% = 10\% \end{array}\)