X gồm N2 và H2 có tỉ khối so với H2 bằng 3,6, nung nóng: tính hiệu suất

Với đề thường gặp: nung X (N2, H2, dX/H2 = 3,6) trong bình kín có xúc tác, thu được Y có dY/H2 = 4, hiệu suất tổng hợp NH3 là 25%. Từ MX = 7,2 suy ra n(N2) : n(H2) = 1 : 4. Số mol khí giảm 0,5 mol trên 5 mol ban đầu nên N2 phản ứng 0,25 mol.

Hỗn hợp X gồm N2 và H2 tỉ khối 3,6 nung nóng: hiệu suất

Trả lời nhanh

Với đề thường gặp: nung X (N₂, H₂, d_X/H2 = 3,6) trong bình kín có xúc tác, thu được Y có d_Y/H2 = 4, hiệu suất tổng hợp NH₃ là 25%. Từ M_X = 7,2 suy ra n(N₂) : n(H₂) = 1 : 4. Số mol khí giảm 0,5 mol trên 5 mol ban đầu nên N₂ phản ứng 0,25 mol.

Đề bài (dạng thường gặp)

Hỗn hợp khí X gồm N₂ và H₂ có tỉ khối đối với H₂ bằng 3,6. Nung nóng X trong bình kín (có xúc tác) một thời gian thu được hỗn hợp khí Y có tỉ khối đối với H₂ bằng 4. Tính hiệu suất của phản ứng tổng hợp NH₃.

Lưu ý: tiêu đề gốc của bài bị cắt ở vế sau. Phần dưới đây giải theo số liệu d_Y/H2 = 4 hay gặp nhất. Nếu đề của em có số khác, cứ giữ nguyên các bước và thay số.

Phương trình và hướng giải

N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃ (nhiệt độ cao, áp suất cao, xúc tác Fe)

Điểm mấu chốt: khối lượng bảo toàn (m_X = m_Y) còn số mol khí giảm sau phản ứng. Vì vậy M tăng lên, và độ giảm số mol cho ta biết lượng chất đã phản ứng.

Lời giải chi tiết

Bước 1: Tìm tỉ lệ mol N₂ : H₂ trong X

M_X = 3,6 × 2 = 7,2. Gọi số mol N₂ là x, H₂ là y:

(28x + 2y)/(x + y) = 7,2 ⇒ 20,8x = 5,2y ⇒ y = 4x.

Chọn x = 1 mol N₂, y = 4 mol H₂. Vậy n_X = 5 mol, m_X = 28 + 8 = 36 gam.

Bước 2: Tìm số mol Y

M_Y = 4 × 2 = 8 ⇒ n_Y = m/M = 36/8 = 4,5 mol.

Bước 3: Số mol khí giảm = 2 × số mol N₂ phản ứng

Gọi a là số mol N₂ phản ứng: N₂ + 3H₂ → 2NH₃. Cứ 1 + 3 = 4 mol khí chất tham gia tạo 2 mol khí, tức giảm 2 mol, nên giảm 2a mol.

n_X − n_Y = 5 − 4,5 = 0,5 = 2a ⇒ a = 0,25 mol.

Bước 4: Xác định chất thiếu rồi tính hiệu suất

Tỉ lệ phản ứng là 1 : 3, còn ban đầu là 1 : 4. Tức 4 > 3 nên H₂ dư, N₂ là chất thiếu, hiệu suất tính theo N₂:

H = 0,25/1 × 100% = 25%.

Kiểm tra: Y gồm N₂ 0,75 mol; H₂ 4 − 0,75 = 3,25 mol; NH₃ 0,5 mol. Tổng = 4,5 mol ✓.

Công thức tính nhanh

Đại lượng	Công thức
Số mol khí giảm	n_X − n_Y = n_X(1 − M_X/M_Y)
N₂ phản ứng	a = (n_X − n_Y)/2
Hiệu suất	H = a / n(chất thiếu) × 100%

Với đề này: n_X(1 − 7,2/8) = 5 × 0,1 = 0,5 ✓.

Lỗi sai thường gặp

Tính hiệu suất theo H₂ khi H₂ dư. Nếu làm 0,75/4 = 18,75% là sai. Luôn so tỉ lệ mol với hệ số 1 : 3 trước.
Quên số mol giảm là 2a mà cho là a hoặc 4a.
Cho M_Y = M_X. Khối lượng không đổi nhưng số mol đổi nên M thay đổi.
Nhầm tỉ khối với M. M = d × 2, đừng quên nhân 2.

Mẹo nhớ: trong bài tổng hợp NH₃, hãy chọn luôn n_X cụ thể (1 mol N₂ + 4 mol H₂), tính n_Y = m_X/M_Y, rồi lấy hiệu hai số mol chia 2.

Bài luyện tập

X gồm N₂ và H₂ theo tỉ lệ mol 1 : 3. Nung X có xúc tác thu được Y có d_Y/H2 = 5. Tính hiệu suất.
Đáp án: M_X = 34/4 = 8,5; chọn n_X = 4 mol, n_Y = 4 × 8,5/10 = 3,4 mol; giảm 0,6 = 2a ⇒ a = 0,3; tỉ lệ đúng 1 : 3 nên H = 0,3/1 = 30%.
Dùng X của bài trên (d_X/H2 = 3,6; N₂ : H₂ = 1 : 4), hiệu suất 40%. Tính d_Y/H2.
Đáp án: a = 0,4 mol N₂ phản ứng; n_Y = 5 − 0,8 = 4,2 mol; M_Y = 36/4,2 ≈ 8,571; d_Y/H2 ≈ 4,29.

Câu hỏi thường gặp

Vì sao tỉ khối của Y lớn hơn tỉ khối của X?

Khối lượng hỗn hợp không đổi nhưng phản ứng N2 + 3H2 → 2NH3 làm giảm số mol khí, nên khối lượng mol trung bình của hỗn hợp tăng lên.

Hiệu suất tổng hợp NH3 tính theo N2 hay H2?

Tính theo chất thiếu. So tỉ lệ mol ban đầu với hệ số 1 : 3: ở đề này N2 : H2 = 1 : 4 nên H2 dư, N2 thiếu, hiệu suất tính theo N2.

Tỉ lệ mol N2 : H2 trong X có tỉ khối 3,6 là bao nhiêu?

M(X) = 7,2. Giải (28x + 2y)/(x + y) = 7,2 được y = 4x, tức n(N2) : n(H2) = 1 : 4.

Số mol khí giảm liên hệ thế nào với số mol N2 phản ứng?

Mỗi 1 mol N2 phản ứng (cùng 3 mol H2) tạo 2 mol NH3 nên số mol khí giảm 2 mol. Vậy n(giảm) = 2 × n(N2 phản ứng).