Решение задачи: Горение аммиака в воздухе

Вот решение вашей задачи: 1. Рассчитайте среднюю молярную массу воздуха в г/моль в условиях приближения задачи. Укажите ответ с точностью до десятых без единиц измерения, например, 3,5. Для начала, давайте определим молярные массы компонентов воздуха: Молярная масса кислорода (\(O_2\)) = 32 г/моль Молярная масса азота (\(N_2\)) = 28 г/моль Воздух состоит из кислорода и азота в объемном соотношении 1:4. Это означает, что на 1 объемную часть кислорода приходится 4 объемные части азота. Или, если говорить о молях, на 1 моль кислорода приходится 4 моля азота. Средняя молярная масса воздуха рассчитывается по формуле: \[M_{воздуха} = \frac{n_{O_2} \cdot M_{O_2} + n_{N_2} \cdot M_{N_2}}{n_{O_2} + n_{N_2}}\] Где \(n\) - количество молей, а \(M\) - молярная масса. Подставляем значения: \[M_{воздуха} = \frac{1 \cdot 32 + 4 \cdot 28}{1 + 4}\] \[M_{воздуха} = \frac{32 + 112}{5}\] \[M_{воздуха} = \frac{144}{5}\] \[M_{воздуха} = 28,8\] Ответ: 28,8 2. Рассчитайте молярный состав газовой смеси до протекания реакции. В ответе укажите формулу газа, который находится в недостатке, например, SO2, а также его количество в моль, округленное до целых, например, 53 Сначала найдем среднюю молярную массу исходной газовой смеси. Плотность по метану (\(CH_4\)) = 1,677. Молярная масса метана (\(CH_4\)) = 12 + 4 * 1 = 16 г/моль. Средняя молярная масса исходной смеси (\(M_{смеси}\)) = плотность по метану * молярная масса метана. \[M_{смеси} = 1,677 \cdot 16\] \[M_{смеси} = 26,832 \text{ г/моль}\] Исходная газовая смесь состоит из аммиака (\(NH_3\)) и воздуха. Пусть \(x\) - мольная доля аммиака в смеси, тогда \((1-x)\) - мольная доля воздуха. Молярная масса аммиака (\(NH_3\)) = 14 + 3 * 1 = 17 г/моль. Молярная масса воздуха = 28,8 г/моль (из предыдущего пункта). Средняя молярная масса смеси также может быть выражена как: \[M_{смеси} = x \cdot M_{NH_3} + (1-x) \cdot M_{воздуха}\] \[26,832 = x \cdot 17 + (1-x) \cdot 28,8\] \[26,832 = 17x + 28,8 - 28,8x\] \[26,832 - 28,8 = 17x - 28,8x\] \[-1,968 = -11,8x\] \[x = \frac{-1,968}{-11,8}\] \[x \approx 0,16678\] Мольная доля аммиака (\(NH_3\)) = 0,16678 Мольная доля воздуха = \(1 - 0,16678 = 0,83322\) Общее количество молей газовой смеси до реакции = 12 моль. Количество молей аммиака (\(n_{NH_3}\)) = \(12 \text{ моль} \cdot 0,16678 \approx 2,00136 \text{ моль}\) Количество молей воздуха (\(n_{воздуха}\)) = \(12 \text{ моль} \cdot 0,83322 \approx 9,99864 \text{ моль}\) Округляем до целых: Количество молей аммиака (\(n_{NH_3}\)) = 2 моль Количество молей воздуха (\(n_{воздуха}\)) = 10 моль Теперь определим количество кислорода и азота в воздухе. Воздух состоит из кислорода и азота в объемном соотношении 1:4. Общее количество частей = 1 (кислород) + 4 (азот) = 5 частей. Количество молей кислорода (\(n_{O_2}\)) = \(10 \text{ моль} \cdot \frac{1}{5} = 2 \text{ моль}\) Количество молей азота (\(n_{N_2}\)) = \(10 \text{ моль} \cdot \frac{4}{5} = 8 \text{ моль}\) Итак, до реакции у нас есть: Аммиак (\(NH_3\)): 2 моль Кислород (\(O_2\)): 2 моль Азот (\(N_2\)): 8 моль Теперь запишем уравнение реакции горения аммиака без катализатора: \[4NH_3 + 3O_2 \rightarrow 2N_2 + 6H_2O\] По уравнению реакции, для полного сгорания 4 моль \(NH_3\) требуется 3 моль \(O_2\). У нас есть 2 моль \(NH_3\) и 2 моль \(O_2\). Рассчитаем, сколько кислорода потребуется для сгорания 2 моль аммиака: Если 4 моль \(NH_3\) реагируют с 3 моль \(O_2\), то 2 моль \(NH_3\) потребуют \(2 \text{ моль } NH_3 \cdot \frac{3 \text{ моль } O_2}{4 \text{ моль } NH_3} = 1,5 \text{ моль } O_2\). У нас есть 2 моль \(O_2\), а требуется 1,5 моль \(O_2\). Значит, кислород в избытке. Аммиак находится в недостатке. Количество аммиака в недостатке = 2 моль. Ответ: NH3, 2