Thực hiện phản ứng tổng hợp amoniac từ N₂ và H₂ với hiệu suất H%, thu được hỗn hợp X chứa 10% NH₃ (về thể tích). Cho X tác dụng với CuO dư, nung nóng. Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được hỗn hợp Y (gồm khí và hơi) và hỗn hợp rắn Z có khối lượng giảm đi so với khối lượng CuO ban đầu là 12,8 gam. Làm lạnh Y còn 6,72 lít khí (đktc) không bị ngưng tụ. Giá trị của H là

Chọn D

Phương pháp giải:

N2H2→X   NH3N2  duH2  du→+CuOduY  N2H2O→lam  lanhN2 

Sau khi ngưng tụ còn lại khí N₂ ⟹ n_N2 ⟹ n_{N2 (ban đầu)}.

N₂ + 3H₂ ⇄ 2NH₃

3CuO + 2NH₃ → 3Cu + N₂ + 3H₂O

CuO + H₂ → Cu + H₂O

m_{chất rắn giảm} = m_{O pư} ⟹ n_{O pư}

Bảo toàn electron toàn bộ quá trình ⟹ n_{H2 (ban đầu)}.

So sánh thấy nN21>nH23 ⟹ Hiệu suất tính theo H₂.

Sau đó tính theo PTHH: N₂ + 3H₂ ⇄ 2NH₃.

Giải chi tiết:

N2H2→X  NH3N2  duH2  du→+CuOduY  N2H2O→lam  lanhN2

Sau khi ngưng tụ còn lại khí N₂ ⟹ n_N2 = 0,3 mol = n_{N2 (ban đầu)}

N₂ + 3H₂ ⇄ 2NH₃

3CuO + 2NH₃ → 3Cu + N₂ + 3H₂O

CuO + H₂ → Cu + H₂O

m_{chất rắn giảm} = m_{O pư} = 12,8 gam ⟹ n_{O pư} = 0,8 mol

Bảo toàn electron toàn bộ quá trình: 2n_{H2 (ban đầu)} = 2n_{O pư} ⟹ n_{H2 (ban đầu)} = 0,8 mol

Ta thấy: nN21>nH23 ⟹ Hiệu suất tính theo H₂.

              N₂   +   3H₂   ⇄   2NH₃

BĐ:        0,3         0,8                     (mol)

PƯ:          x           3x             2x    (mol)

SAU:   (0,3-x)   (0,8-3x)       2x     (mol)

⟹ n_sau = (0,3 - x) + (0,8 - 3x) + 2x = 1,1 - 2x (mol)

Mà %V_NH3 = 10% ⟹ 2x1,1−2x=0,1⟹ x = 0,05.

H%=nH2(pu)nH2(bd).100%=3.0,050,8.100%=18,75%.