Câu 19 trang 18, 19, 20, 21, 22 SBT Hóa 11 - Kết nối tri thức: Hỗn hợp X gồm N2 và H2 có tỉ lệ mol tương ứng là 1 : 4...

Hỗn hợp X gồm N₂ và H₂ có tỉ lệ mol tương ứng là 1 : 4. Nung nóng X trong bình kín ở nhiệt độ khoảng 450 °C có bột Fe xúc tác, thu được hỗn hợp khí Y có tỉ khối so với H₂ bằng 4. Hiệu suất của phản ứng tổng hợp NH₃ là

A. 20%. B. 25%. C. 30%. D. 10%.

Phương pháp giải :

Sử dụng công thức: \({\rm{H\% }} = \frac{{{{\rm{n}}_{{\rm{sp(tt)}}}}}}{{{{\rm{n}}_{{\rm{sp(lt)}}}}}} \times 100\% \)

Lời giải chi tiết:

Hỗn hợp X gồm N₂ và H₂ có tỉ lệ mol tương ứng là 1 : 4.

Chọn \({{\rm{n}}_{{{\rm{N}}_{\rm{2}}}}} = 1{\rm{ (mol)}};{\rm{ }}{{\rm{n}}_{{{\rm{H}}_{\rm{2}}}}} = 4{\rm{ }}({\rm{mol}})\)

Gọi x (mol) là số mol N₂ phản ứng.

Xét cân bằng:

\({{\rm{N}}_2}\left( g \right){\rm{ }} + {\rm{ }}3{{\rm{H}}_2}\left( g \right){\rm{ }} \mathbin{\lower.3ex\hbox{$\buildrel\textstyle\rightarrow\over{\smash{\leftarrow}\vphantom{_{\vbox to.5ex{\vss}}}}$}} {\rm{ }}2{\rm{N}}{{\rm{H}}_3}\left( g \right){\rm{ }}\)

Ban đầu (mol): 1 4 0

Phản ứng (mol): x → 3x → 2x

Cân bằng (mol): 1 - x 4 – 3x 2x

\( \Rightarrow \)Số mol khí sau phản ứng: \({\rm{(1}} - {\rm{x}}){\rm{ + (4 — 3x) + 2x = 5}} - {\rm{2x (mol)}}\)

\(\begin{array}{l}{\rm{ }}{{\rm{m}}_{\rm{X}}} = {{\rm{m}}_{\rm{Y}}}\\ \Leftrightarrow {{\rm{m}}_{{{\rm{N}}_{\rm{2}}}}} + {{\rm{m}}_{{{\rm{H}}_{\rm{2}}}}} = {{\rm{m}}_{\rm{Y}}}\\ \Leftrightarrow 1 \times 28 + 4 \times 2 = 8 \times (5 - 2{\rm{x}})\\ \Rightarrow {\rm{x}} = 0,25{\rm{ (mol)}}\end{array}\)

\(\begin{array}{l} \Rightarrow {{\rm{n}}_{{{\rm{N}}_{\rm{2}}}{\rm{p/u}}}} = {\rm{x}} = 0,25{\rm{ }}({\rm{mol}})\\ \Rightarrow {\rm{H}} = \frac{{{{\rm{n}}_{{{\rm{N}}_{\rm{2}}}{\rm{p/u}}}}}}{{{{\rm{n}}_{{{\rm{N}}_{\rm{2}}}{\rm{bd}}}}}} \times 100\% = \frac{{0,25}}{1} \times 100\% = 25\% \end{array}\)

→ Chọn B.