Reakcja syntezy amoniaku przebiega zgodnie z równaniem:
N2 (g) + 3H2 (g) ⇄ 2NH3 (g)
W temperaturze T i pod ciśnieniem pdo syntezy amoniaku użyto 8,0 dm3 mieszaniny azotu i wodoru, w której objętość azotu stanowiła 25 %. Stwierdzono, że w wyniku reakcji otrzymano 5,0 dm3 mieszaniny gazów w stanie równowagi (wszystkie gazy odmierzono w tych samych warunkach).
Oblicz wydajność reakcji syntezy amoniaku w opisanych warunkach. Wynik zapisz w procentach.
Odpowiedź i zasady oceniania (CKE)
Wymagania ogólne Wymagania szczegółowe II. Rozumowanie i zastosowanie nabytej I. Atomy, cząsteczki i stechiometria wiedzy do rozwiązywania problemów. chemiczna. Zdający: Zdający: 6) dokonuje interpretacji jakościowej 5) wykorzystuje wiedzę i dostępne i ilościowej równania reakcji w ujęciu informacje do rozwiązywania problemów molowym, masowym i objętościowym (dla chemicznych […]; gazów); 7) wykonuje obliczenia dotyczące praw 7) wykonuje obliczenia, z uwzględnieniem chemicznych. wydajności reakcji, dotyczące: liczby moli[…] po zmieszaniu substratów w stosunku stechiometrycznym i niestechiometrycznym.
2 pkt – zastosowanie poprawnej metody, poprawne wykonanie obliczeń i podanie wyniku w procentach objętościowych.
1 pkt – zastosowanie poprawnej metody, ale popełnienie błędów rachunkowych prowadzących do błędnego wyniku liczbowego i/lub niepodanie wyniku w procentach ALBO
1 pkt – poprawne obliczenie wartości objętości amoniaku w równowagowej mieszaninie gazów ALBO
1 pkt – poprawne obliczenie niewiadomej zdefiniowanej w rozwiązaniu – ustalenie zależności.
0 pkt – odpowiedź niespełniająca powyższych kryteriów albo brak rozwiązania.
8 dm3 − 100 % (dotyczy mieszaniny N2 i H2)
x − 25 % ⇒ x = 2 dm3 N2 8 dm3 – 2 dm3 = 6 dm3 H2Z równania reakcji wynika, że N2 i H2 zmieszano w ilościach stechiometrycznych.
N2 (g) + 3H2 (g) ⇄ 2NH3 (g)
2 dm3 6 dm3 4 dm3 ⇒ tyle powstałoby NH3, gdyby reakcja przebiegła z wydajnością równą 100 %. Z treści zadania wynika, że otrzymano 5 dm3 równowagowej mieszaniny gazów, czyli azotu, wodoru i amoniaku. N2 (g) + 3H2 (g) ⇄ 2NH3 (g) (2 – 0,5y) dm3 + (6 – 1,5y) dm3 y dm3 (2 – 0,5y) + (6 – 1,5y) + y = 5 ⇒ y = 3 dm3 NH3
4 dm3 NH3− 100 % 3 dm3 NH3 − z ⇒ z = 75 (%)