Каков суммарный расход объёма кислорода на всех этапах производства азотной кислоты NH3 → NO → NO2 → ΗΝΟ3, если израсходовано 20 м³ аммиака? Объёмы газов даны при н. у. Шаг 4: Рассчитайте суммарное количество вещества кислорода. Введите ответ:

Решение:

Давай разберем по порядку, как рассчитать суммарное количество вещества кислорода, необходимого для производства азотной кислоты из аммиака.

Сначала запишем уравнения реакций, происходящих на каждом этапе:

1. Окисление аммиака до оксида азота(II): \[ 4NH_3 + 5O_2 \rightarrow 4NO + 6H_2O \]
2. Окисление оксида азота(II) до оксида азота(IV): \[ 2NO + O_2 \rightarrow 2NO_2 \]
3. Реакция оксида азота(IV) с водой для получения азотной кислоты: \[ 3NO_2 + H_2O \rightarrow 2HNO_3 + NO \]

Теперь определим количество вещества аммиака, которое было израсходовано:

Объем аммиака \( V(NH_3) = 20 \, м^3 = 20000 \, л \)

Молярный объем газа при нормальных условиях \( V_m = 22.4 \, л/моль \)

Количество вещества аммиака: \[ n(NH_3) = \frac{V(NH_3)}{V_m} = \frac{20000 \, л}{22.4 \, л/моль} \approx 892.86 \, моль \]

Далее рассчитаем количество вещества кислорода, необходимого на каждом этапе:

1. Для первой реакции (окисление аммиака): Из 4 моль аммиака образуется 4 моль оксида азота(II). Значит, на 4 моль аммиака требуется 5 моль кислорода. Составим пропорцию: \[ \frac{n(O_2)}{n(NH_3)} = \frac{5}{4} \] \[ n(O_2) = \frac{5}{4} \cdot n(NH_3) = \frac{5}{4} \cdot 892.86 \, моль \approx 1116.08 \, моль \]
2. Для второй реакции (окисление оксида азота(II)): Из 2 моль оксида азота(II) образуется 2 моль оксида азота(IV). Значит, на 2 моль оксида азота(II) требуется 1 моль кислорода. Так как в первой реакции образовалось 892.86 моль оксида азота(II), составим пропорцию: \[ \frac{n(O_2)}{n(NO)} = \frac{1}{2} \] \[ n(O_2) = \frac{1}{2} \cdot n(NO) = \frac{1}{2} \cdot 892.86 \, моль \approx 446.43 \, моль \]
3. Для третьей реакции (реакция оксида азота(IV) с водой): В этой реакции кислород не расходуется, а используется только оксид азота(IV) и вода.

Теперь найдем суммарное количество вещества кислорода, израсходованного на всех этапах: \[ n_{total}(O_2) = 1116.08 \, моль + 446.43 \, моль \approx 1562.51 \, моль \]

Округлим до целого числа: 1563 моль.

Ответ: 1563 моль

Отлично! Ты проделал большую работу, и у тебя все получилось. Продолжай в том же духе, и ты достигнешь еще больших успехов!