Zadanie 5. (0–2)
Treść
Informacja do zadań 4.–5.
Reakcja syntezy amoniaku przebiega zgodnie z równaniem:
$\ce{N2 (g) + 3H2 (g) <=> 2NH3 (g)}$
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.
Pokaż odpowiedź
Wymagania określone w podstawie programowej
I. Pozyskiwanie, przetwarzanie i tworzenie informacji. Zdający: 1) […] przetwarza informacje z różnorodnych źródeł.
II. Rozumowanie i zastosowanie nabytej wiedzy do rozwiązywania problemów. Zdający: 7) wykonuje obliczenia dotyczące praw chemicznych.
1. Atomy, cząsteczki i stechiometria chemiczna. Zdający: 6) dokonuje interpretacji jakościowej i ilościowej równania reakcji w ujęciu molowym […] i objętościowym (dla gazów); 7) wykonuje obliczenia, z uwzględnieniem wydajności reakcji, dotyczące: liczby moli […].
Zasady oceniania 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 – obliczenie poprawnych wartości objętości albo liczby moli substratów i produktów w mieszaninie poreakcyjnej. 0 pkt – zastosowanie błędnej metody albo brak rozwiązania.
Przykładowe rozwiązania
Sposób 1.
$\ce{N2 + 3H2 <=> 2NH3}$
$x$ $3x$, czyli np. 25 dm3 $\ce{N2}$ i 75 dm3 $\ce{H2}$ (100 dm3 mieszaniny na początku)
skład mieszaniny po reakcji:
$V(\ce{N2}) = 25\ \text{dm}^3 \cdot 0{,}07 = 1{,}75\ \text{dm}^3$
$V(\ce{H2}) = 75\ \text{dm}^3 \cdot 0{,}07 = 5{,}25\ \text{dm}^3$
$V(\ce{NH3}) = 25\ \text{dm}^3 \cdot 2 \cdot 0{,}93 = 46{,}5\ \text{dm}^3$
$\%(\ce{NH3}) = \dfrac{46{,}5 \cdot 100\%}{1{,}75 + 5{,}25 + 46{,}5} = 86{,}92\% \approx \mathbf{87\%}$
Sposób 2.
$\ce{N2 + 3H2 <=> 2NH3}$
$x$ $3x$ (1 : 3, np. 1 mol $\ce{N2}$ i 3 mol $\ce{H2}$)
2 mol $\ce{NH3}$ — 100% (wydajność reakcji)
$x$ — 93% $\Rightarrow$ $x = 1{,}86$ mol
1 mol $\ce{N2}$ — 2 mol $\ce{NH3}$
$y$ — 1,86 mol $\ce{NH3}$ $\Rightarrow$ $y = 0{,}93$ mol $\ce{N2}$
Liczba moli azotu w mieszaninie poreakcyjnej: 1 mol − 0,93 mol = 0,07 mol $\ce{N2}$
3 mol $\ce{H2}$ — 2 mol $\ce{NH3}$
$z$ — 1,86 mol $\ce{NH3}$ $\Rightarrow$ $z = 2{,}79$ mol $\ce{H2}$
Liczba moli wodoru w mieszaninie poreakcyjnej: 3 mol − 2,79 mol = 0,21 mol $\ce{H2}$
Liczba moli reagentów w mieszaninie poreakcyjnej:
0,07 mol $\ce{N2}$ + 0,21 mol $\ce{H2}$ + 1,86 mol $\ce{NH3}$ = 2,14 mol
2,14 mol — 100%
1,86 mol — $W$ $\Rightarrow$ $W = 86{,}92\% \approx \mathbf{87\%}$
Uwaga: Należy zwrócić uwagę na zależność wyniku liczbowego od przyjętych zaokrągleń. Za poprawny należy uznać każdy wynik będący konsekwencją zastosowanej poprawnej metody i poprawnych obliczeń.