Состав газовой смеси после окисления аммиака
Смесь аммиака с кислородом с плотностью по водороду 13 пропустили над платино-родиевым катализатором. Определите состав полученной газовой смеси в % по объёму после удаления паров воды, если считать, что каталитическое окисление аммиака протекает с выходом 100%.
Дано
`D_(H_2)(смеси) = 13`
`η(NH_3) = 100%`
Найти
`φ_text{ост.}(NO) = text{?}`
`φ_text{ост.}(NO_2) = text{?}`
Решение
Запишем уравнение каталитического окисления аммиака:
`4NH_3 + 5O_2 = 4NO + 6H_2O`
Найдём среднюю молярную массу исходной смеси аммиака и кислорода:
`M_text{ср}(смеси) = D_(H_2)(смеси) * M(H_2) = 13 * 2 = 26 text{ г/моль}`
Пусть:
`n(NH_3) = x text{ моль}`
`n(O_2) = y text{ моль}`
Тогда:
`M_text{ср}(смеси) = (x*n(NH_3) + y*n(O_2))/(x + y)`
`(17*x + 32*y)/(x + y) = 26`
`17*x + 32*y = 26*x + 26*y`
`6*y = 9*x`
`x : y = 2 : 3`
Возьмём для простоты расчёта:
`n(NH_3) = 2 text{ моль}`
`n(O_2) = 3 text{ моль}`
По уравнению количество NO равно количеству NH₃:
`n(NO) = n(NH_3) = 2 text{ моль}`
По уравнению количество кислорода расходуется в 5/4 раза больше:
`n_text{прореаг.}(O_2) = 5/4 * n(NH_3) = 5/4 * 2 = 2.5 text{ моль}`
Найдём оставшееся количество кислорода:
`n_text{ост.}(O_2) = n(O_2) - n_text{прореаг.}(O_2) = 3 - 2.5 = 0.5 text{ моль}`
После удаления паров воды газовая смесь содержит NO и O₂. При нормальных условиях NO окисляется кислородом:
`2NO + O_2 = 2NO_2`
В избытке находится NO, кислород прореагирует полностью:
`n_text{прореаг.}(NO) = 2 * n_text{ост.}(O_2) = 2 * 0.5 = 1 text{ моль}`
Оставшийся NO:
`n_text{ост.}(NO) = n(NO) - n_text{прореаг.}(NO) = 2 - 1 = 1 text{ моль}`
Количество NO₂:
`n_text{ост.}(NO_2) = (n(NO)) / (2) = 2/2 = 1 text{ моль}`
Конечная газовая смесь содержит 1 моль NO и 1 моль NO₂. Объёмные доли:
`φ_text{ост.}(NO) = (100 * n_text{ост.}(NO)) / (n_text{ост.}(NO) + n_text{ост.}(NO_2)) = (100 * 1) / (1 + 1) = 50%`
`φ_text{ост.}(NO_2) = (100 * n_text{ост.}(NO_2)) / (n_text{ост.}(NO) + n_text{ост.}(NO_2)) = (100 * 1) / (1 + 1) = 50%`
Ответ
`φ_text{ост.}(NO) = 50%`
`φ_text{ост.}(NO_2) = 50%`