Как можно вычислить количество вещества, объем, массу и число молекул газа, который был получен при пропускании газовой смеси, состоящей из 5 л азота и 2 л водорода, над катализатором и обладающего резким запахом?

Химия 11 класс Химические реакции и расчет количества вещества вычисление количества вещества Объём газа масса газа число молекул газовая смесь азот водород катализатор резкий запах Новый

Для решения этой задачи нам нужно использовать основные законы химии, связанные с газами, а также уравнение реакции между азотом и водородом. Давайте разберем шаги по порядку.

Шаг 1: Определение реакции

Азот (N2) и водород (H2) реагируют друг с другом, образуя аммиак (NH3) по следующему уравнению:

N2 + 3H2 → 2NH3

Это уравнение показывает, что 1 моль азота реагирует с 3 молями водорода, образуя 2 моля аммиака.

Шаг 2: Определение объемов газов

У нас есть 5 литров азота и 2 литра водорода. Поскольку газы при одинаковых условиях (температура и давление) занимают одинаковые объемы, мы можем использовать объемы для определения количества вещества.

Шаг 3: Рассчитаем количество вещества

• Объем азота (V(N2)) = 5 л
• Объем водорода (V(H2)) = 2 л

Теперь найдем количество вещества (n) для каждого газа, используя формулу:

n = V / Vm

где Vm - молярный объем газа (при нормальных условиях Vm ≈ 22,4 л/моль).

• n(N2) = 5 л / 22,4 л/моль ≈ 0,223 моль
• n(H2) = 2 л / 22,4 л/моль ≈ 0,089 моль

Шаг 4: Определение ограничивающего реагента

Смотрим на соотношение реагентов по уравнению реакции:

1 моль N2 реагирует с 3 молями H2. Значит, для 0,223 моль N2 потребуется:

0,223 моль N2 * 3 = 0,669 моль H2

Но у нас только 0,089 моль H2, следовательно, водород является ограничивающим реагентом.

Шаг 5: Рассчет количества образовавшегося аммиака

По уравнению реакции 3 моль H2 дают 2 моль NH3. Значит, из 0,089 моль H2 получится:

0,089 моль H2 * (2 моль NH3 / 3 моль H2) = 0,0593 моль NH3.

Шаг 6: Вычисление объема, массы и числа молекул аммиака

• Объем NH3 (при нормальных условиях) = n * Vm = 0,0593 моль * 22,4 л/моль ≈ 1,33 л.
• Молярная масса NH3 ≈ 17 г/моль, следовательно, масса NH3 = n * M = 0,0593 моль * 17 г/моль ≈ 1,01 г.
• Чтобы найти число молекул, используем число Авогадро (NA ≈ 6,022 * 10^23 молекул/моль):
• Число молекул NH3 = n * NA = 0,0593 моль * 6,022 * 10^23 молекул/моль ≈ 3,57 * 10^22 молекул.

Итак, мы получили:

• Количество вещества NH3 ≈ 0,0593 моль
• Объем NH3 ≈ 1,33 л
• Масса NH3 ≈ 1,01 г
• Число молекул NH3 ≈ 3,57 * 10^22 молекул

Таким образом, мы успешно вычислили все необходимые параметры для полученного газа аммиака.