Reakcja syntezy amoniaku przebiega zgodnie z równaniem:
N2(g) + 3H2(g) ⇄ 2NH3(g)
W mieszaninie wodoru i azotu, użytej do syntezy amoniaku, objętość wodoru była trzy razy większa niż objętość azotu. Wydajność tej reakcji przeprowadzonej w temperaturze T i pod ciśnieniem p jest równa 93 %.
Oblicz, jaki procent objętości mieszaniny poreakcyjnej stanowi objętość amoniaku.
Odpowiedź i zasady oceniania (CKE)
2 pkt – zastosowanie poprawnej metody, poprawne wykonanie obliczeń i podanie wyniku w procentach.
1 pkt – zastosowanie poprawnej metody, ale:
• popełnienie błędów rachunkowych prowadzących do błędnego wyniku liczbowego LUB
• podanie wyniku z błędną jednostką ALBO
2 pkt – obliczenie poprawnych wartości objętości albo liczby moli substratów i produktów w mieszaninie poreakcyjnej.
0 pkt – zastosowanie błędnej metody albo brak rozwiązania.
Sposób 1.
N2 + 3H2 ⇄ 2NH3x 3x, czyli np. 25 dm3 N2 i 75 dm3 H2 (100 dm3 mieszaninyna początku)
skład mieszaniny po reakcji:
V(N2) = 25 dm3 · 0,07 = 1,75 dm3
V(H2) = 75 dm3 · 0,07 = 5,25 dm3
V(NH3) = 25 dm3 · 2 · 0,93 = 46,5 dm3
46,5 · 100 % %(NH3) = = 86,92 % ≈ 87 (%) 1,75 + 5,25 + 46,5Sposób 2.
N2 + 3H2 ⇄ 2NH3x 3x 1: 3 (np. 1 mol N2 i 3 mol H2)
2 mol NH3—––– 100 % (wydajność reakcji)
x 93 % x = 1,86 mol
1 mol N2—––– 2 mol NH3
y 1,86 mol NH y = 0,93 mol N2 —––– 3⇒
Liczba moli azotu w mieszaninie poreakcyjnej: 1 mol –0,93 mol = 0,07 mol N2
3 mol H2—––– 2 mol NH3
z 1,86 mol NH z = 2,79 mol H2 —––– 3⇒
Liczba moli wodoru w mieszaninie poreakcyjnej: 3 mol –2,79 mol = 0,21 mol H2
Liczba moli reagentów w mieszaninie poreakcyjnej: 0,07 mol N2 + 0,21 mol H2 + 1,86 mol NH3 = 2,14 mol
2,14 mol —––– 100 %
1,86 mol —––– W ⇒ W = 86,92 % ≈ 87 (%)
Uwaga: Należy zwrócić uwagę na zależność wyniku liczbowego od przyjętych zaokrągleń. Za poprawny należy uznać każdy wynik będący konsekwencją zastosowanejpoprawnej metody i poprawnych obliczeń.