Hiệu suất trong tổng hợp NH3

Bài tập amoniac

Dạng bài hiệu suất trong tổng hợp NH3

I. Phương pháp giải dạng bài Hiệu suất trong tổng hợp NH3
II. Bài tập vận dụng liên quan
III. Bài tập luyện tập hiệu suất tổng hợp NH3

Chuyên đề Hóa học lớp 11: Hiệu suất trong tổng hợp NH₃ được VnDoc sưu tầm và giới thiệu tới các bạn học sinh cùng quý thầy cô tham khảo. Nội dung tài liệu sẽ giúp các bạn học sinh biết cách giải bài tập hiệu suất của NH₃. Từ đó vận dụng thành thạo vào các dạng bài tập, câu hỏi liên quan, học tốt môn Hóa học lớp 11 hiệu quả hơn. Mời các bạn tham khảo.

Amoniac là hợp chất của Nito (N) và Hydro (H) có công thức hóa học là NH3. Đây là một hợp chất vô cơ được cấu tạo từ 3 nguyên tử Nito và 1 nguyên tử Hydro tạo thành một liên kết kém bền.

Cấu tạo phân tử của NH3 là hình chóp với nguyên tử Nito ở đỉnh liên kết cộng hóa trị với 3 nguyên tử Hydro ở đáy tam giác (3 liên kết N – H đều là liên kết cộng hóa trị có phân cực: N có điện tích âm, H có điện tích dương).

Nh3 được sinh ra nhiều trong tự nhiên. Chẳng hạn, thận của chúng ta cũng sản sinh ra một lượng nhỏ khí NH3, chính vì vậy mà nước tiều có mùi khai đặc trưng gần giống với khí amoniac. Khí nh3 được hình thành bởi các sinh vật trong tự nhiên thông qua quá trình phân hủy của xác động vật dưới tác động của các vi sinh vật.

I. Phương pháp giải dạng bài Hiệu suất trong tổng hợp NH₃

Phương pháp

Thực tế, do một số nguyên nhân, một số phản ứng hóa học xảy ra không hoàn toàn, nghĩa là hiệu suất phản ứng (H%) dưới 100%. Có các cách tính sau:

Nếu là chất tham gia: H% = m_pư/m_bđ . 100%

Nếu là sản phẩm: H% = m_tt/m_ltđ . 100%

II. Bài tập vận dụng liên quan

Bài 1: Để điều chế 68 gam NH₃ cần lấy bao nhiêu lít N₂ và H₂ ở đktc. Biết hiệu suất phản ứng là 20%.

Đáp án hướng dẫn giải bài tập

N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃

Vì hiệu suất phản ứng (1) là 20% nên thực tế cần:

Thể tích N₂ (đktc) là: 2.22,4/20% = 22,4 lít

Thể tích H₂ (đktc) là: 6.22,4/20% = 672 lít

Bài 2: Trong bình phản ứng có chứa hỗn hợp khí A gồm 10 mol N₂ và 40 mol H₂ ở nhiệt đô 0⁰C và 10 atm. Sau khi Phản ứng tổng hợp NH₃, lại đưa bình về 0⁰C. Biết rằng có 60% hidro tham gia phản ứng

a) Tính số mol các khí trong bình sau phản ứng.

b) Tính áp suất trong bình sau phản ứng

Đáp án hướng dẫn giải bài tập

Phản ứng tổng hợp NH₃ xảy ra theo tỉ lệ:

n_N₂: n_H₂ = 1 : 3

Bài cho: n_N₂ : n_H₂ = 10 : 40 = 1 : 4. Vậy H₂ dư nhiều hơn.

Phải dựa vào số mol N₂ phản ứng để tính số mol NH₃:

a) Phương trình phản ứng:

N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃

Số mol ban đầu: 10 40 0 mol

Số mol phản ứng: 8 24 16 mol

Số mol sau pư: 2 16 16 mol

Vậy số mol các khi trong bình sau phản ứng là: 4 mol N₂; 16 mol H₂; 12 mol NH₃.

2 + 16 + 16 = 34 mol

b) Tổng số mol khí trong bình ban đầu: 10 + 40 = 50 mol

Vì PV + nRT mà ở đây VB, TB không đổi, nên ta có

P_s/P_đ = n_s/n_đ => p_s = 34.10/50 = 6,8 atm

Bài 3: Cho 4 lít N₂; 14 lít H₂ vào bình phản ứng hỗn hợp thu được sau phản ứng có thể tích 16,4 lít (đktc). Hiệu suất của phản ứng tổng hợp NH₃ bao nhiêu

Đáp án ướng dẫn giải bài tập

N₂+ 3H₂ ⇌ 2NH₃

Ở cùng điều kiện thì tỉ lệ về thể tích chính là tỉ lệ về số mol

Do $\frac{4}{1}$ $\frac{4}{1}$ < $\frac{14}{3}$ $\frac{14}{3}$ →Hiệu suất tính theo N₂

Đặt thể tích N₂ phản ứng là x lít

→V_{H2 pứ}= 3x lít, V_NH3 _{sinh ra} = 2xlít

V_{N2 dư}= 4-x (lít), V_{H2 dư}= 14-3x (lít)

Sau phản ứng thu được N_{2 dư}, H_{2 dư}, NH₃

Tổng thể tích khí thu được là

V_khí= V_{H2 dư}+ V_{N2 dư}+ V_NH3= 14-3x + 4-x+ 2x = 16,4

→ x = 0,8 lít

$H\ =\ \frac{V_{N_2pứ}}{V_{N_2bđ}}.100\%=\frac{0,8}{4}.100\%\ =20\%$ $H\ =\ \frac{V_{N_2pứ}}{V_{N_2bđ}}.100\%=\frac{0,8}{4}.100\%\ =20\%$

Bài 4: Từ 34 tấn NH₃ sản xuất 160 tấn HNO₃ 63%. Hiệu suất của phản ứng điều chế HNO₃

Đáp án hướng dẫn giải bài tập

Phương trình hóa học

4NH₃ + 5O₂ → 4NO + 6H₂O

2NO + O₂ → 2NO₂

4NO₂ + 2H₂O + O₂→ 4HNO₃

m_(HNO3) = 160.63% = 100,8 (tấn)

n_(NH3) = 34/17 = 2 mol

=> m_{(HNO3 thực tế)} = 2.63 = 126 (tấn)

Vậy H = 100,8/126 = 80%.

Bài 5: Điều chế 17 gam NH₃ cần dùng thể tích khí N₂ và H₂ lần lượt là (biết H = 25%, các khí đo được ở đktc)

Đáp án hướng dẫn giải bài tập

N₂ + 3H₂ ⇔ 2NH₃

0,5 1,5 1

=> Thể tích N₂ cần: $V_{N_2}=\frac{n_{N_2}.22,4}{H}.100=44,8\ lit$ $V_{N_2}=\frac{n_{N_2}.22,4}{H}.100=44,8\ lit$

$V_{H_2}=\frac{n_{H_2}.22,4}{H}.100=134,4\ lit$ $V_{H_2}=\frac{n_{H_2}.22,4}{H}.100=134,4\ lit$

Bài 6. Một hỗn hợp khí gồm N₂ và H₂ có tỉ khối đối với hidro là 3,6. Đun nóng hỗn hợp 1 thời gian rồi đưa về được ban đầu thì hồn hợp mới có tỉ khối với hidro là 4,5.

a. Tính thành phần % về thể tích của mõi khí trong hỗn hợp trước và sau phản ứng

b. Tính hiệu suất

Hướng dẫn giải bài tập

Áp dụng phương pháp đường chéo, ta có

28 52

36.2

2 20.8

n_N2/n_H2 = 1/4

Phương trình hóa học: N₂ + 3H₂ → 2NH₃

Ban đầu: 1 4 0

Phản ứng x 3 x 2x

Sau 1- x 4-3x 2x

Ta có: m _trước = m_sau => 7,2.n_t = 8 n_s

=> n_t/n_s = 10/9

=> x = 0,25

Vậy H% = x/1 = 0,25% (tính theo N₂ vì tỉ lệ ban đầu so với hệ số tỉ lượng thì H₂ dư nhiều hơn N₂)

III. Bài tập luyện tập hiệu suất tổng hợp NH₃

Bài 1: Thực hiện tổng hợp amoniac từ N₂ + 3H₂ ⇔ 2NH₃. Nồng độ ban đầu các chất: [N₂] = 1M, [H₂] = 1,2 M. Khi phản ứng đạt cân bằng [NH₃] = 0,2M. Hiệu suất phản ứng tổng hợp

Đáp án hướng dẫn giải bài tập

N₂ + 3H₂ ⇔ 2NH₃

Ban đầu 1mol/l 1,2 mol.l

Cân bằng 0,3 mol/l 0,2 mol/lit

Theo phương trình hóa học thì 1 mol N₂ cần 3 mol H₂. Ở đây chỉ có 1,2 mol H₂, vì H₂ thiếu nên tác dụng hết. Hiệu suất phải tính theo lượng chất tác dụng hết. Số mol H₂ đã tác dụng là 0,3 mol.

Vậy H = (0,3 : 1,2). 100 = 25%

Bài 2: Hỗn hợp X gồm N₂ và H₂ có tỉ khối so với He là 1,8. Đun nóng X một thời gian trong bình kín có bột Fe làm xúc tác, thu được hỗn hợp Y có tỉ khối so với He là 2. Hiệu suất phản ứng tổng hợp là

Đáp án hướng dẫn giải bài tập

Hiệu suất tổng hợp NH3

Giả sử số mol N₂ là 1mol, số mol H₂ là 4 mol

Phương trình: N₂ + 3H₂ ⇔ 2NH₃

Ban đầu 1 4

Phản ứng x 3x 2x

sau 1-x 4-3x 2x

n_sau= 5-2x, _ntrước= 5

Bảo toàn khối lượng m_sau = m_trước

M_sau.n_sau =M_trước. n_trước

=> 2.4.(5-2x) =7,2.5

=> x=0,25

Tính hiệu suất theo N₂

Bài tập hiệu suất tổng hợp

Câu 3. Điều chế NH₃ từ đơn chất. Thể tích NH₃ tạo ra là 67,2 lit. Biết hiệu suất phản ứng là 25%. Thể tích N₂ (lit) cần là:

A. 13,44

B. 134,4

C. 403,2

D. 8,4 lít

Đáp án hướng dẫn giải bài tập

Phương trình hóa học

N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃

1 2

x 3

Ta có: n_NH3 = 3 mol

Theo phương trình hóa học: n_N2 = 1/2n_NH3 = 1,5 mol

=> V_H2 = 1,5.22,4 = 33,6 lít

Mà hiệu suất H% = 25%

V_N2 = 33,6/25% = 8,4 lít

Câu 4. Cho 2 lít N₂ và 7,5 lít H₂ vào bình phản ứng, hỗn hợp thu được sau phản ứng có thể tích bằng 8,2 lít (các thể tích khí được đo trong cùng điều kiện). Hiệu suất phản ứng là bao nhiêu?

A. 20%

B. 30%

C. 15 %

D. 40%

Đáp án hướng dẫn giải chi tiết

Phương trình phản ứng hóa học xảy ra

N₂+ 3H₂ ⇌ 2NH₃ (1)

Ở cùng điều kiện thì tỉ lệ về thể tích chính là tỉ lệ về số mol

Do 2/1 > 7,5/3 → Hiệu suất tính theo H₂

Đặt thể tích N₂ phản ứng là x lít

→V_{H2 pứ} = 3x lít, V_{NH3 sinh ra}=2x lít

V_{N2 dư}= 2 - x (lít), V_H2 dư= 7,5 - 3x (lít)

Sau phản ứng thu được N₂ dư, H₂dư, NH₃

Tổng thể tích khí thu được là

V_khí = V_{H2 dư}+ V_{N2 dư}+ V_NH3= 7,5 - 3x + 2 - x + 2x = 8,2

→ x = 0,8 lít => H = V_{N2 pư}/V_{N2 bd} .100% = 0,8/4.100% = 20%

Câu 5. Cho hỗn hợp N₂ và H₂ vào bình phản ứng có nhiệt độ không đổi. Sau thời gian phản ứng, áp suất khí trong bình giảm 5% so với áp suất ban đầu. Biết ti lệ số mol của nitơ đã phản ứng là 10%. Thành phần phần trăm về số mol của N₂ và H₂ trong hỗn hợp đầu là:

A. 15% và 85%

B. 82,35% và 77,5%

C. 25% và 75%

D. 22,5% và 77,5%.

Đáp án hướng dẫn giải chi tiết

Giả sử số mol ban đầu của N₂ = 1 mol; số mol của H₂ ban đầu là x mol

Ta có n_{N2 pư} = 1.10/100 = 0,1 mol

Phương trình phản ứng: N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃

Ban đầu: 1 x

Phản ứng: 0,1 0,3 0,2

Sau phản ứng: 0,9 x − 0,3 0,2

n_{ban đầu} = 1 + x (mol)

n_sau = 0,8 + x (mol)

n_bđ /n_s = p_đầu/p_s => (1 + x)/(0,8 + x) = 100/95 => x = 3 mol

%V_N2 = 1/(1+3).100% = 25%

%V_H2 = 75%

Câu 6. Dẫn 2,24 lít NH₃ (đktc) đi qua ống đựng 32 gam CuO nung nóng thu được chất rắn A và khí B. Ngâm chất rắn A trong dung dịch HCl 2M dư. Tính thể tích dung dịch axit đã tham gia phản ứng ? Coi hiệu suất quá trình phản ứng là 100%

A. 0,10 lít.

B. 0,52 lít.

C. 0,25 lít.

D. 0,35 lít.

Đáp án hướng dẫn giải chi tiết

n_NH3= 0,1 mol, n_CuO = 0,4 mol.

Phương trình phản ứng:

2NH₃ + 3CuO → 3Cu + N₂ + 3H₂O (1)

mol: 0,1 0,4 → 0,15

=> n_{CuO dư} = 0,4 - 0,15 = 0,25 mol

A gồm Cu (0,15 mol) và CuO dư (0,25 mol)

Phản ứng của A với dung dịch HCl :

CuO + 2HCl → CuCl₂ + H₂O (2)

mol: 0,25 → 0,5

Theo (2) và giả thiết ta suy ra:

V_HCl = 0,5/2 = 0,25 lít.

......................................

Trên đây VnDoc đã giới thiệu tới các bạn Hiệu suất trong tổng hợp NH₃. Để có thể nâng cao kết quả trong học tập, VnDoc xin giới thiệu tới các bạn học sinh tài liệu Giải bài tập Toán 11, Chuyên đề Hóa học 11, Giải bài tập Hoá học 11. Tài liệu học tập lớp 11 mà VnDoc tổng hợp và đăng tải.

>> Tham khảo thêm một số nội dung liên quan: