【物理化学】物質収支に関する問題

質問

授業内で解説されなかったので、解説お願いします

問題
水素 120g と窒素 700g とをハーバー・ボッシュ法により反応させ、反応が平衡に達した後、反応器からの混合ガスの体積を測定したところ、標準状態で 1.725m^3 であった。このとき、次の(1)~(3)の問いに答えよ。
(1)過剰反応物、限定反応物をそれぞれ答えよ。
(2)限定反応物基準で、物質量基準の反応完結度を求めよ。
(3)混合ガスのモル分率を求めよ。

回答No.2

jamf0421 · ベストアンサー

(1)
N2 700 g→25 mol
H2 120 g→60 mol
N2+3H2→2NH3...(i)
においてN2:H3=1:3ならば過不足なく反応しますが、H2のモル数はN2のモル数の3倍はないので、こちらが限定反応物となり、N2が過剰反応物となります。

(2)さて平衡にいたるまでのN2のモル数変化をxとすると、平衡時のそれぞれのモル数は次のようになります。
N2; 25-x mol
H2; 60-3x mol
NH3; 2x mol
合計mol数; 85-2x mol...(ii)
平衡時の気体はSTPで1.725 m^3だったので状態方程式は(ii)をつかって
1.01x10^5x1.725=(85-2x)x8.314x273
x=4.12 mol...(iii)
となります。これより
N2; 25-x=20.88 mol...(iv)
H2; 60-3x=47.64 mol...(v)
NH3; 2x=8.24 mol...(vi)
となります。mol数の合計は76.76 molとなります。限定反応物であるH2はすべて使いきれば60 molですが、残量が47.64 molで12.36 molが消費されているので反応完結度は12.36/60=0.206(20.6%)です。

(3)モル分率は次の通りです。
N2; 20.88/76.76=0.272
H2; 47.64/76.76=0.621
NH3; 8.24/76.76=0.107

お礼

解説ありがとうございます。助かりました！

回答No.1

nananotanu

材料と製品（の部品部品）を比べて、材料の方が多いものが『（作った後に）余るもの』

小学生の問題として、素直に解けばよい