问题 计算题

已知NH3和Cl2可快速反应:2NH3+3Cl2====N2+6HCl

图1-6为反应后总体积V(L)随原混合气体中Cl2的体积分数(x%)而变化的曲线。试计算:

图1-6

(1)当反应结束后处于A、B两点时,原混合气体中Cl2的体积分数各是多少?

(2)当反应结束时处于A、B两点,混合气体的总体积各是多少升?

(3)若反应结束时气体总体积为11 L,求原混合物中Cl2的体积分数。

答案

   (1)当反应结束处于A、B两点时,原混合气体中Cl2的体积分数分别为27.27%、60%。

(2)当反应结束时处于A、B两点,混合气体的总体积分别是5 L、77 L。

(3)若反应结束时气体总体积为11 L,原混合物中Cl2的体积分数是30%。

   (1)当反应后气体总体积为最小值时,混合气体的总反应为:8NH3+3Cl2====6NH4Cl+N2,则在A点时原混合气体中Cl2的体积分数为:×100%=27.27%。

当反应后气体总体积为最大值时,混合气体的总反应为:2NH3+3Cl2====6HCl+N2,则在B点时原混合气体中Cl2的体积分数为:×100%=60%。

(2)若反应后处于A点时,混合气体的总体积为:55 L×=5 L,若反应后处于B点时,混合气体的总体积为55 L×=77 L。

(3)根据图象知道当反应后气体体积为11 L有两种情况:一种是NH3过量,另一种是有部分HCl存在的情况。

当NH3过量时,根据反应8NH3+3Cl2====6NH4Cl+N2利用差量法知道原混合气体中Cl2的体积为13.2 L,体积分数为:×100%=24%。

当有部分HCl出现时,则同时发生两种反应,假设发生反应:8NH3+3Cl2====6NH4Cl+N2的NH3为x L,发生2NH3+3Cl2====6HCl+N2的NH3为y L,则有:

x L+y L+0.375x L+1.5 y L=55 L

0.125 x L+3 y L+0.5 y L=11 L

解得:x= y=

则Cl2为:0.375× L+1.5× L=16.5 L

则Cl2的体积分数为:×100%=30%

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