Какое давление в реакторе (в барах) будет, если равновесная смесь включает 45% аммиака, 40% азота и 15% водорода

Тема урока: Синтез аммиака и расчёт давления в реакторе

Инструкция: Для решения данной задачи мы будем использовать принцип Ле-Шателье и закон Генри.

Синтез аммиака – это реакция, которая происходит при определенной температуре и давлении. У нас есть данные о составе равновесной смеси – 45% аммиака, 40% азота и 15% водорода по объему. Давление в реакторе можно определить, используя константу равновесия (Кр) и закон Генри.

Вначале мы определяем мольную долю каждого компонента смеси:
- Доля аммиака: 45% = 0.45
- Доля азота: 40% = 0.40
- Доля водорода: 15% = 0.15

Затем мы используем принцип Ле-Шателье и записываем уравнение для реакции синтеза аммиака:
N2(g) + 3H2(g) ⇌ 2NH3(g)

Уравнение газа можно записать следующим образом, используя константу равновесия:
Kp = (P(NH3))^2 / (P(N2) * P(H2)^3), где P(NH3), P(N2), P(H2) – частичные давления соответствующих газов.

Мы знаем, что Кр = 7,72⋅10^-3, и нужно определить P(NH3).

Так как доля каждого компонента смеси пропорциональна его частичному давлению, мы можем записать:
P(NH3) / P(N2) = 0.45 / 0.40 = 1.125
P(NH3) / P(H2) = 0.45 / 0.15 = 3

Подставляя полученные значения в уравнение для Кр, мы получаем следующее:
(1.125 / 3)^2 = 7.72 * 10^-3
(1.125 / 3)^2 = 7.72 * 10^-3
1.3281 = 7.72 * 10^-3
P(NH3) = (1.3281 * P(N2) * P(H2)^3)^(1/2)

Теперь мы можем рассчитать P(NH3) с использованием доли каждого компонента смеси и окончательно определить давление в реакторе.

Демонстрация: При условии, что P(N2) = 2 бара и P(H2) = 4 бара, какое будет давление P(NH3)?

Совет: Для успешного решения задач по химии, обязательно повторите материал о принципе Ле-Шателье, законе Генри и газовых уравнениях.

Практика: При условии, что P(N2) = 3 бара, а P(H2) = 6 баров, какое будет давление P(NH3)? Ответ округлите до целых.