Cho 13,44 Lít N2 ĐKTC, Khối Lượng NH3 Tạo Thành Là Bao Nhiêu?

Bạn đang tìm lời giải đáp chi tiết và dễ hiểu cho bài toán hóa học liên quan đến phản ứng của N2 và H2? Xe Tải Mỹ Đình sẽ giúp bạn nắm vững kiến thức và giải quyết bài tập này một cách hiệu quả nhất. Chúng tôi cung cấp lời giải chi tiết, dễ hiểu, cùng những kiến thức bổ trợ giúp bạn tự tin hơn trong môn Hóa. Hãy cùng khám phá ngay!

1. Phản Ứng N2 và H2: Tổng Quan Quan Trọng

Phản ứng giữa N2 (Nitơ) và H2 (Hydro) tạo ra NH3 (Ammonia) là một phản ứng hóa học quan trọng trong công nghiệp sản xuất phân bón và nhiều ứng dụng khác.

1.1. Phương Trình Phản Ứng

Phương trình hóa học của phản ứng như sau:

N2(k) + 3H2(k) ⇌ 2NH3(k)

Phản ứng này là một phản ứng thuận nghịch và tỏa nhiệt.

1.2. Điều Kiện Phản Ứng

Để phản ứng xảy ra hiệu quả, cần có các điều kiện sau:

• Nhiệt độ: Thường là từ 400-500°C.
• Áp suất: Cao, thường từ 200-400 atm.
• Chất xúc tác: Thường là sắt (Fe) hoặc các hợp chất của sắt.

1.3. Các Yếu Tố Ảnh Hưởng Đến Hiệu Suất Phản Ứng

Theo nguyên lý Le Chatelier, các yếu tố sau ảnh hưởng đến hiệu suất phản ứng:

• Áp suất: Tăng áp suất sẽ làm dịch chuyển cân bằng theo chiều thuận, tăng hiệu suất tạo NH3.
• Nhiệt độ: Vì phản ứng tỏa nhiệt, giảm nhiệt độ sẽ làm dịch chuyển cân bằng theo chiều thuận.
• Nồng độ: Tăng nồng độ N2 hoặc H2 sẽ làm dịch chuyển cân bằng theo chiều thuận.

2. Bài Toán Cụ Thể: 13,44 Lít N2 (ĐKTC)

Chúng ta sẽ đi vào giải quyết bài toán cụ thể: Cho 13,44 lít N2 (đktc) tác dụng với lượng dư khí H2, hiệu suất phản ứng là 25%. Tính khối lượng NH3 tạo thành.

2.1. Các Bước Giải Chi Tiết

Bước 1: Tính số mol N2 ban đầu

Ở điều kiện tiêu chuẩn (đktc), 1 mol khí chiếm thể tích 22,4 lít. Vì vậy, số mol N2 là:

n(N2) = V(N2) / 22,4 = 13,44 / 22,4 = 0,6 mol

Bước 2: Xác định số mol N2 phản ứng

Vì hiệu suất phản ứng là 25%, số mol N2 thực tế phản ứng là:

n(N2 phản ứng) = n(N2) H% = 0,6 25% = 0,15 mol

Bước 3: Tính số mol NH3 tạo thành

Theo phương trình phản ứng:

N2 + 3H2 → 2NH3

1 mol N2 tạo ra 2 mol NH3. Vậy, 0,15 mol N2 sẽ tạo ra:

n(NH3) = 2 n(N2 phản ứng) = 2 0,15 = 0,3 mol

Bước 4: Tính khối lượng NH3 tạo thành

Khối lượng mol của NH3 là 17 g/mol. Vậy, khối lượng NH3 tạo thành là:

m(NH3) = n(NH3) M(NH3) = 0,3 17 = 5,1 gam

2.2. Kết Quả

Vậy, khối lượng NH3 tạo thành là 5,1 gam.

Alt: Phản ứng tổng hợp ammonia từ nitơ và hydro.

3. Các Dạng Bài Tập Liên Quan Đến N2 và H2

Để củng cố kiến thức, chúng ta sẽ xem xét một số dạng bài tập khác liên quan đến phản ứng của N2 và H2.

3.1. Bài Tập Tính Hiệu Suất Phản Ứng

Đề bài: Cho 28 lít N2 và 60 lít H2 phản ứng với nhau. Sau phản ứng thu được 34 lít NH3. Tính hiệu suất phản ứng, biết các thể tích khí đo ở cùng điều kiện.

Giải:

• Tính số mol N2 và H2 ban đầu:

  • n(N2) = 28 / 22,4 = 1,25 mol
  • n(H2) = 60 / 22,4 ≈ 2,68 mol

• Xác định chất phản ứng hết:

  • Theo tỉ lệ phản ứng, 1 mol N2 cần 3 mol H2. Vậy 1,25 mol N2 cần 3,75 mol H2.
  • Vì chỉ có 2,68 mol H2, H2 phản ứng hết.

• Tính số mol NH3 theo H2:

  • 3 mol H2 tạo ra 2 mol NH3. Vậy 2,68 mol H2 tạo ra (2/3) * 2,68 ≈ 1,79 mol NH3.

• Tính hiệu suất phản ứng:

  • n(NH3 thực tế) = 34 / 22,4 ≈ 1,52 mol
  • Hiệu suất = (1,52 / 1,79) * 100% ≈ 85%

3.2. Bài Tập Tính Lượng Chất Tham Gia Khi Biết Hiệu Suất

Đề bài: Cần bao nhiêu lít khí N2 (đktc) để điều chế 100 gam NH3, biết hiệu suất phản ứng là 80%.

Giải:

• Tính số mol NH3 cần điều chế:

  • n(NH3) = 100 / 17 ≈ 5,88 mol

• Tính số mol NH3 cần tạo ra theo lý thuyết (hiệu suất 100%):

  • n(NH3 lý thuyết) = 5,88 / 0,8 ≈ 7,35 mol

• Tính số mol N2 cần dùng:

  • 1 mol N2 tạo ra 2 mol NH3. Vậy để tạo 7,35 mol NH3 cần 7,35 / 2 ≈ 3,68 mol N2.

• Tính thể tích N2 cần dùng:

  • V(N2) = 3,68 * 22,4 ≈ 82,43 lít

3.3. Bài Tập Về Hỗn Hợp Khí Sau Phản Ứng

Đề bài: Cho 10 lít N2 và 30 lít H2 vào bình phản ứng. Sau khi phản ứng xảy ra, thu được hỗn hợp khí có thể tích 34 lít (các thể tích đo ở cùng điều kiện). Tính thể tích các khí trong hỗn hợp sau phản ứng.

Giải:

• Xác định chất phản ứng hết:

  • Tỉ lệ N2 : H2 = 1 : 3. Ta có 10 lít N2 cần 30 lít H2. Vậy phản ứng vừa đủ.

• Tính thể tích NH3 tạo thành:

  • Gọi x là thể tích N2 phản ứng.
  • Thể tích H2 phản ứng là 3x.
  • Thể tích NH3 tạo thành là 2x.
  • Tổng thể tích khí sau phản ứng: (10 – x) + (30 – 3x) + 2x = 34
  • Giải phương trình: 40 – 2x = 34 => 2x = 6 => x = 3

• Thể tích các khí sau phản ứng:

  • V(N2) = 10 – 3 = 7 lít
  • V(H2) = 30 – 9 = 21 lít
  • V(NH3) = 6 lít

4. Ứng Dụng Thực Tế Của Phản Ứng N2 và H2

Phản ứng giữa N2 và H2 có vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực công nghiệp và nông nghiệp.

4.1. Sản Xuất Phân Bón

Ammonia (NH3) được tạo ra từ phản ứng này là nguyên liệu chính để sản xuất các loại phân bón như Urê (NH2)2CO, Amoni nitrat (NH4NO3), và các loại phân phức hợp khác. Phân bón chứa nitơ giúp cung cấp dinh dưỡng cho cây trồng, tăng năng suất và chất lượng nông sản.

4.2. Sản Xuất Axit Nitric

NH3 còn được dùng để sản xuất axit nitric (HNO3) theo quy trình Ostwald. Axit nitric là một hóa chất quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp, bao gồm sản xuất phân bón, thuốc nổ, và các hóa chất khác.

4.3. Ứng Dụng Trong Công Nghiệp Lạnh

Ammonia là một chất làm lạnh hiệu quả, được sử dụng trong các hệ thống làm lạnh công nghiệp và thương mại. Nó có khả năng hấp thụ nhiệt tốt, giúp duy trì nhiệt độ thấp trong các kho lạnh, nhà máy chế biến thực phẩm, và hệ thống điều hòa không khí lớn.

4.4. Sản Xuất Polyme và Nhựa

NH3 được sử dụng trong quá trình sản xuất một số loại polyme và nhựa, như melamine và nylon. Các vật liệu này có nhiều ứng dụng trong sản xuất đồ gia dụng, vật liệu xây dựng, và các sản phẩm công nghiệp khác.

4.5. Xử Lý Nước Thải

NH3 được sử dụng trong quá trình xử lý nước thải để loại bỏ các chất ô nhiễm hữu cơ và vô cơ. Nó có thể được sử dụng để điều chỉnh pH, khử trùng, và loại bỏ các kim loại nặng.

5. Các Lưu Ý Khi Giải Bài Tập Về N2 và H2

Khi giải các bài tập liên quan đến phản ứng của N2 và H2, cần lưu ý các điểm sau:

5.1. Cân Bằng Phương Trình Hóa Học

Luôn đảm bảo phương trình hóa học đã được cân bằng chính xác. Điều này giúp bạn xác định đúng tỉ lệ mol giữa các chất tham gia và sản phẩm, từ đó tính toán chính xác số mol và khối lượng các chất.

5.2. Xác Định Điều Kiện Phản Ứng

Nắm rõ các điều kiện phản ứng (nhiệt độ, áp suất, chất xúc tác) để hiểu rõ yếu tố nào ảnh hưởng đến hiệu suất phản ứng. Điều này giúp bạn giải thích và dự đoán kết quả của phản ứng trong các điều kiện khác nhau.

5.3. Tính Hiệu Suất Phản Ứng

Khi bài toán cho hiệu suất phản ứng, cần tính toán lượng chất phản ứng thực tế dựa trên hiệu suất. Đừng quên áp dụng công thức:

Lượng chất thực tế = Lượng chất lý thuyết * Hiệu suất

5.4. Kiểm Tra Chất Dư

Trong các bài toán có lượng chất tham gia không tỉ lệ theo phương trình, cần xác định chất nào phản ứng hết và chất nào còn dư. Lượng chất sản phẩm được tính theo chất phản ứng hết.

5.5. Áp Dụng Định Luật Bảo Toàn

Sử dụng định luật bảo toàn khối lượng và bảo toàn nguyên tố để kiểm tra lại kết quả tính toán. Điều này giúp bạn phát hiện sai sót và đảm bảo kết quả chính xác.

6. Kiến Thức Bổ Trợ Về Nitơ và Hydro

Để hiểu rõ hơn về phản ứng giữa N2 và H2, chúng ta cần nắm vững các kiến thức cơ bản về nitơ và hydro.

6.1. Nitơ (N2)

• Tính chất vật lý: Nitơ là chất khí không màu, không mùi, không vị, nhẹ hơn không khí. Nitơ hóa lỏng ở -196°C và hóa rắn ở -210°C.
• Tính chất hóa học: Nitơ là một nguyên tố khá trơ ở nhiệt độ thường do liên kết ba rất bền. Tuy nhiên, ở nhiệt độ cao hoặc có xúc tác, nitơ có thể tham gia phản ứng với một số chất.
  • Phản ứng với hydro: N2 + 3H2 → 2NH3 (điều kiện: nhiệt độ, áp suất, xúc tác)
  • Phản ứng với oxi: N2 + O2 → 2NO (điều kiện: nhiệt độ cao hoặc tia lửa điện)
  • Phản ứng với kim loại: N2 + 3Mg → Mg3N2 (điều kiện: nhiệt độ cao)
• Ứng dụng: Sản xuất NH3, tạo môi trường trơ trong công nghiệp, bảo quản thực phẩm, làm lạnh.

Alt: Nitơ lỏng trong cốc thí nghiệm.

6.2. Hydro (H2)

• Tính chất vật lý: Hydro là chất khí không màu, không mùi, không vị, nhẹ nhất trong tất cả các chất khí. Hydro hóa lỏng ở -253°C và hóa rắn ở -259°C.
• Tính chất hóa học: Hydro là một chất khử mạnh, có thể phản ứng với nhiều chất ở nhiệt độ cao hoặc có xúc tác.
  • Phản ứng với oxi: 2H2 + O2 → 2H2O (phản ứng nổ mạnh)
  • Phản ứng với halogen: H2 + Cl2 → 2HCl (phản ứng xảy ra khi có ánh sáng)
  • Phản ứng với oxit kim loại: H2 + CuO → Cu + H2O (điều kiện: nhiệt độ cao)
• Ứng dụng: Sản xuất NH3, sản xuất axit clohydric, làm nhiên liệu, khử oxit kim loại.

7. Các Câu Hỏi Thường Gặp (FAQ)

7.1. Tại sao cần điều kiện nhiệt độ và áp suất cao cho phản ứng N2 và H2?

Nhiệt độ cao cung cấp năng lượng hoạt hóa để phá vỡ liên kết bền trong phân tử N2. Áp suất cao làm tăng nồng độ các chất phản ứng, thúc đẩy cân bằng chuyển dịch theo chiều tạo NH3.

7.2. Chất xúc tác có vai trò gì trong phản ứng này?

Chất xúc tác (thường là sắt) giúp giảm năng lượng hoạt hóa của phản ứng, làm tăng tốc độ phản ứng mà không bị tiêu thụ trong quá trình phản ứng.

7.3. Làm thế nào để tăng hiệu suất phản ứng N2 và H2?

Có thể tăng hiệu suất bằng cách tăng áp suất, giảm nhiệt độ, tăng nồng độ N2 và H2, và sử dụng chất xúc tác hiệu quả.

7.4. Tại sao phản ứng N2 và H2 lại quan trọng trong nông nghiệp?

Phản ứng này tạo ra NH3, là nguyên liệu để sản xuất phân bón. Phân bón cung cấp nitơ, một chất dinh dưỡng thiết yếu cho cây trồng, giúp tăng năng suất và chất lượng nông sản.

7.5. Phản ứng N2 và H2 có gây ô nhiễm môi trường không?

Quá trình sản xuất NH3 có thể gây ô nhiễm nếu không được kiểm soát chặt chẽ. Tuy nhiên, việc sử dụng NH3 làm phân bón cũng có thể gây ô nhiễm nước và không khí nếu sử dụng quá mức hoặc không đúng cách.

7.6. Có những phương pháp nào khác để sản xuất NH3 ngoài phản ứng N2 và H2?

Phản ứng Haber-Bosch (phản ứng N2 và H2) là phương pháp phổ biến nhất để sản xuất NH3. Các phương pháp khác ít được sử dụng hơn do hiệu quả kinh tế thấp hoặc khó thực hiện.

7.7. Tại sao cần cân bằng phương trình hóa học trước khi giải bài tập?

Cân bằng phương trình hóa học giúp xác định đúng tỉ lệ mol giữa các chất tham gia và sản phẩm. Nếu không cân bằng, kết quả tính toán sẽ không chính xác.

7.8. Định luật bảo toàn khối lượng có vai trò gì trong giải bài tập hóa học?

Định luật bảo toàn khối lượng cho biết tổng khối lượng các chất tham gia phản ứng bằng tổng khối lượng các chất sản phẩm. Điều này giúp kiểm tra tính chính xác của kết quả tính toán.

7.9. Làm thế nào để xác định chất nào phản ứng hết trong một bài toán?

So sánh tỉ lệ mol giữa các chất tham gia với tỉ lệ mol trong phương trình hóa học. Chất nào có tỉ lệ mol nhỏ hơn so với tỉ lệ trong phương trình sẽ phản ứng hết.

7.10. Tại sao cần lưu ý đến hiệu suất phản ứng khi giải bài tập?

Hiệu suất phản ứng cho biết tỉ lệ phần trăm của lượng chất sản phẩm thu được so với lượng chất sản phẩm lý thuyết. Cần tính toán lượng chất sản phẩm thực tế dựa trên hiệu suất để có kết quả chính xác.

8. Xe Tải Mỹ Đình: Đồng Hành Cùng Bạn

Nếu bạn đang tìm kiếm thông tin chi tiết và đáng tin cậy về xe tải ở Mỹ Đình, Hà Nội, hãy truy cập XETAIMYDINH.EDU.VN. Chúng tôi cung cấp thông tin cập nhật về các loại xe tải, giá cả, địa điểm mua bán uy tín, dịch vụ sửa chữa và bảo dưỡng chất lượng.

Xe Tải Mỹ Đình cam kết cung cấp thông tin chính xác, khách quan và hữu ích nhất cho khách hàng. Chúng tôi luôn sẵn sàng giải đáp mọi thắc mắc và tư vấn để bạn lựa chọn được chiếc xe tải phù hợp nhất với nhu cầu và ngân sách của mình.

Liên hệ ngay với chúng tôi:

• Địa chỉ: Số 18 đường Mỹ Đình, phường Mỹ Đình 2, quận Nam Từ Liêm, Hà Nội
• Hotline: 0247 309 9988
• Trang web: XETAIMYDINH.EDU.VN

Hãy để Xe Tải Mỹ Đình đồng hành cùng bạn trên mọi nẻo đường!