1. Strona główna
  2. Zadania maturalne z chemii
  3. Zbiór zadań CKE, Poziom rozszerzony (Formuła 2015)

Chemia - Zbiór zadań CKE, Poziom rozszerzony (Formuła 2015) - Zadanie 5.

Kategoria: Stechiometryczny stosunek reagentów Typ: Oblicz

Reakcja syntezy amoniaku przebiega zgodnie z równaniem:

N2 (g) + 3H2 (g) ⇄ 2NH3 (g) Δ H = –92,4 kJ

Na podstawie: A. Bielański, Podstawy chemii nieorganicznej, Warszawa 2004, s. 648.

Oblicz, ile metrów sześciennych azotu odmierzonego w warunkach normalnych i ile kilogramów wodoru należy użyć do otrzymania 30,6 kg amoniaku, jeżeli reakcja syntezy amoniaku przebiega z wydajnością równą 30%.

Rozwiązanie

Dane:
mamoniaku = 30,6 kg
W = 30%
Szukane:
VN2, mH2

Rozwiązanie:

I sposób
Liczba moli NH3 (przy wydajności 30%)

nNH3(p) = 30600 g17 g ⋅ mol−1 = 1800 moli

Liczba moli NH3 (przy wydajności 100%)

1800 moli NH3
x
⸺
⸺
30%
100%

x = nNH3 = 6000 moli

Liczba moli N2
nN2 = 0,5 nNH3 = 3000 moli

Objętość N2
VN2 = 22,4 mol · dm−3 · 3000 mol = 67200 dm3 = 67,2 m3

Liczba moli H2
nH2 = 1,5 nNH3 = 9000 moli

Masa H2
mH2 = 2 g · mol−1 · 9000 moli = 18000 g = 18 kg

II sposób
Masa NH3 (przy wydajności 100%)

30600 g
x
⸺
⸺
30%
100%

x = mNH3 = 102000 g = 102 kg
nN2 : nH2 : nNH3 = 1 : 3 : 2

Objętość N2

22,4 dm3 N2
y
⸺
⸺
34 g NH3
102000 g NH3

y = VN2 = 67200 dm3 = 67,2 m3

Masa H2

6 g H2
z
⸺
⸺
34 g NH3
102000 g NH3

z = mH2 = 18000 g = 18 kg

Odpowiedź: Należy użyć 67,2 m3 azotu i 18 kg wodoru.

Wskazówki

W treści zadania została podana masa otrzymanego amoniaku i wydajność reakcji wynosząca 30%. Należy zauważyć, ze stosunek molowy reagentów wynosi: nN2 : nH2 : nNH3 = 1 : 3 : 2. Możesz wykonywać obliczenia, biorąc pod uwagę liczbę moli, masę lub objętość reagentów. W I sposobie oblicz liczbę moli otrzymanego amoniaku (1800 moli) jako iloraz masy i masy molowej. Następnie oblicz liczbę moli amoniaku, która powstałaby, gdyby wydajność reakcji wynosiła 100% (6000 moli). Dalej, pamiętając o stechiometrii reakcji, wyznacz liczbę moli azotu (3000 moli) i zamień liczbę moli azotu na objętość (67 dm3), wiedząc, że 1 mol gazu w warunkach normalnych zajmuje objętość 22,4 dm3. Następnie, pamiętając o stechiometrii reakcji, wyznacz liczbę moli wodoru (9000 moli) i oblicz masę wodoru (18 kg) jako iloczyn liczby moli i masy molowej.

W II sposobie oblicz masę amoniaku, który powstałby, gdyby wydajność reakcji wynosiła 100% (102 kg). Następnie, pamiętając o stechiometrii reakcji i o tym, że 1 mol gazu w warunkach normalnych zajmuje objętość 22,4 dm3, wyznacz objętość azotu (67 dm3). Dalej, uwzględniając stechiometrię reakcji, z proporcji możesz obliczyć masę wodoru (18 kg). Należy przyjąć poprawne zaokrąglenia wyników pośrednich i wyniku końcowego oraz pamiętać o podaniu wyniku z odpowiednią jednostką. Pamiętaj, że wynik zależy od przyjętych zaokrągleń.