Question

合成氨工厂通常测定反应前后混合气体的密度来确定氮气的转化率。某工厂测得进入合成塔的N₂和H₂混合气体的密度为0.553 6 g·L^-1（标准状况），从合成塔出来的混合气体在相同条件下的密度为0.693 g·L^-1。求该合成氨厂N₂的转化率。

Answer 1

设N₂和H₂起始时的总量为1 mol，其中N₂的物质的量为x，H₂有1 mol-x，则有28 g·mol^-1·x+2 g·mol^-1(1 mol-x)=0.5536 g·L^-1×22.4 L。解之得x=0.4 L，即起始时N₂有0.4 mol，H₂有0.6 mol。

设0.4 mol N₂中转化为NH₃的物质的量为y。

                 N₂    +   3H₂  2NH₃

起始量   0.4 mol     0.6 mol            0

变化量        y             3y                 2y

平衡量   0.4 mol-y  0.6 mol-3y       2y

平衡时，平衡混合气体总量为：

n(总）=0.4 mol-y+0.6 mol-3y+2y=1 mol-2y

根据质量守恒定律得：1 mol×0.553 6 g·L^-1×22.4 L·mol^-1=(1 mol-2y)×0.693 g·L^-1×22.4 L·mol^-1

解之得：y=0.1 mol，所以N₂的转化率为×100%=25%。

解析：根据混合气体的密度，可求出其平均相对分子质量，即能求出各组分的体积比，也可根据各组分的体积而求出其平均相对分子质量。