Номер 4.25, страница 63, часть II - гдз по химии 8-9 класс задачник с помощником Гара, Габрусева

4.25*. Вычислите, могут ли полностью прореагировать 3,5 л водорода и 1 л азота (н. у.) и какой объем продукта реакции получится при этом.

Дано:

$V(H_2) = 3,5$ л

$V(N_2) = 1$ л

Условия: нормальные (н. у.)

Найти:

1. Могут ли водород и азот прореагировать полностью?

2. $V(продукта) - ?$

Решение:

1. Сначала запишем уравнение реакции синтеза аммиака из азота и водорода:

$N_2 + 3H_2 \rightarrow 2NH_3$

Согласно закону объемных отношений Гей-Люссака, объемы вступающих в реакцию и образующихся газов при одинаковых условиях (температуре и давлении) относятся друг к другу как небольшие целые числа, равные их стехиометрическим коэффициентам в уравнении реакции.

Из уравнения реакции следует, что на 1 объем азота требуется 3 объема водорода. Таким образом, теоретическое соотношение объемов реагентов $V(N_2) : V(H_2)$ должно быть $1:3$.

2. Проверим, в каком соотношении даны газы по условию задачи:

$V(N_2) : V(H_2) = 1 : 3,5$

Сравним данное соотношение с теоретическим:

$1 : 3,5 \neq 1 : 3$

Поскольку соотношение объемов реагентов не соответствует стехиометрическому, они не могут прореагировать полностью. Один из реагентов находится в избытке.

3. Определим, какой из реагентов находится в недостатке (является лимитирующим), а какой — в избытке. Расчет продукта реакции ведется по реагенту, который находится в недостатке.

Предположим, что полностью прореагирует 1 л азота ($N_2$). Согласно уравнению реакции, для этого потребуется объем водорода:

$V(H_2)_{теор.} = V(N_2) \times 3 = 1 \text{ л} \times 3 = 3 \text{ л}$

По условию задачи дано 3,5 л водорода, что больше, чем требуется для реакции ($3,5 \text{ л} > 3 \text{ л}$). Следовательно, водород находится в избытке, а азот — в недостатке. Расчет объема продукта (аммиака $NH_3$) будем вести по азоту.

4. Вычислим объем образовавшегося аммиака. Из уравнения реакции видно, что из 1 объема азота образуется 2 объема аммиака. Соотношение $V(N_2) : V(NH_3) = 1:2$.

$V(NH_3) = V(N_2) \times 2 = 1 \text{ л} \times 2 = 2 \text{ л}$

После реакции в смеси останется избыток водорода объемом $3,5 \text{ л} - 3 \text{ л} = 0,5 \text{ л}$.

Ответ: Нет, водород и азот не могут прореагировать полностью, так как водород дан в избытке. В результате реакции получится 2 л продукта (аммиака).