Hỗn hợp khí X gồm N2 và H2 có tỉ khối so với He bằng 1,8. Đun nóng X một thời gian trong bình kín (có bột Fe làm xúc tác) thu được hỗn hợp khí Y có tỉ khối so với H2 bằng 3,913. Hiệu suất của phản ứng tổng hợp NH3 là?

Từ khối lượng mol của hỗn hợp X suy ra tỉ lệ số mol của N₂ và H₂ trong hỗn hợp X.

Từ đó xác định được hiệu suất phản ứng tính theo N₂ hay theo H₂.

Đặt số mol N₂ (hoặc H₂) phản ứng là a mol

Từ khối lượng mol của hỗn hợp Y suy ra a

Khi đó tính được hiệu suất phản ứng.

Giả sử ban đầu hỗn hợp có 1 mol trong đó có x mol N₂ và y mol H₂

Ta có x + y =1 mol (1)

\($\overline {{M_X}}  = 1,8.4 = 7,2\) (g/mol)→ m_X= n_X.\(\overline {{M_X}} \)  = 1.7,2= 7,2 gam

→28x+ 2y= 7,2 gam (2)

Giải hệ gồm (1) và (2) suy ra x= 0,2 và y= 0,8

N₂+ 3H₂ → 2NH₃

Do\(\frac{{{n_{N2}}}}{1} < \frac{{{n_{H2}}}}{3}\) nên hiệu suất tính theo N₂

Đặt số mol N₂ phản ứng là a mol

                  N₂+ 3H₂ → 2NH₃

Ban đầu      0,2   0,8                   mol

Phản ứng    a       3a         2a            mol

Sau pứ    (0,2-a)  (0,8-3a) 2a        mol

\(\overline {{M_Y}}  = 3,913.2 = 7,826\) (g/mol), n_Y= 0,2-a + 0,8-3a+ 2a =1 -2a

→m_Y= 28 (0,2-a)+ 2. (0,8-3a) + 17.2a= n_Y. M_Y= (1-2a).7,826

→a = 0,04 mol

\( \to H = \frac{{{n_{N2pu}}}}{{{n_{N2bandau}}}}.100\%  = \frac{{0,04}}{{0,2}}.100\%  = 20\% \)