Bài 4.4 trang 18, 19, 20, 21 SBT Hóa 11 - Chân trời sáng tạo: Cho hỗn hợp khí (X) gồm N2, H2, NH3 có tỉ khối so với khí hydrogen là 8...

Cho hỗn hợp khí (X) gồm N₂, H₂, NH₃ có tỉ khối so với khí hydrogen là 8. Dẫn hỗn hợp khí (X) đi qua dung dịch H₂SO₄ đặc, dư thì thể tích khí còn lại một nửa. Thành phần % theo thể tích mỗi khí trong hỗn hợp (X) lần lượt là

A. 25% N₂, 25% H₂ và 50% NH₃.

B. 25% N₂, 50% H₂ và 25% NH₃.

C. 50% N₂, 25% H₂ và 25% NH₃.

D. 20% N₂, 30% H₂ và 50% NH₃.

Phương pháp giải :

NH₃ (ammonia) là dung dịch có tính base theo thuyết acid – base của Brosted – Lowry. Do đó khi ammonia có phản ứng với dung dịch H₂SO₄.

Trong cùng một điều kiện, tỉ lệ mol bằng tỉ lệ thể tích.

Lời giải chi tiết:

Giả sử tổng số mol của hỗn hợp X là 1 mol.

Ta có: NH₃ phản ứng với H₂SO₄ đặc, do đó sau khi dẫn hỗn hợp khí (X) đi qua dung dịch H₂SO₄ đặc, còn lại khí N₂, H₂.

\[ \Rightarrow \% {{\rm{V}}_{{\rm{N}}{{\rm{H}}_{\rm{3}}}}} = 50\% \]

\[ \Rightarrow {{\rm{n}}_{{\rm{N}}{{\rm{H}}_3}}} = 50\% {{\rm{n}}_{\rm{X}}} = 0,5 \times 1 = 0,5{\rm{ (mol)}}\]

Ta có: \[{{\rm{n}}_{{{\rm{N}}_{\rm{2}}}}}{\rm{ + }}{{\rm{n}}_{{{\rm{H}}_{\rm{2}}}}}{\rm{ + }}{{\rm{n}}_{{\rm{N}}{{\rm{H}}_{\rm{3}}}}}{\rm{ = }}{{\rm{n}}_{\rm{X}}}\]

\[\begin{array}{l} \Rightarrow {{\rm{n}}_{{{\rm{N}}_{\rm{2}}}}}{\rm{ + }}{{\rm{n}}_{{{\rm{H}}_{\rm{2}}}}} = {{\rm{n}}_{\rm{X}}} - {{\rm{n}}_{{\rm{N}}{{\rm{H}}_{\rm{3}}}}}\\{\rm{ = 1}} - {\rm{0,5 = 0,5 (mol) (1)}}\end{array}\]

Ta có: \[{{\rm{d}}_{{\raise0.7ex\hbox{${\rm{X}}$} \!\mathord{\left/

{\vphantom {{\rm{X}} {{{\rm{H}}_{\rm{2}}}}}}\right.\kern-\nulldelimiterspace}

\!\lower0.7ex\hbox{${{{\rm{H}}_{\rm{2}}}}$}}}}{\rm{ = 8}}\]

\[ \Leftrightarrow \frac{{{{\rm{M}}_{\rm{X}}}}}{{{{\rm{M}}_{{{\rm{H}}_{\rm{2}}}}}}}{\rm{ = 8}} \Rightarrow {{\rm{M}}_{\rm{X}}} = 8 \times {{\rm{M}}_{{{\rm{H}}_{\rm{2}}}}} = 8 \times 2 = 16{\rm{ (amu)}}\]

Ta lại có: \[{{\rm{m}}_{\rm{X}}} = {{\rm{n}}_{\rm{X}}} \times {{\rm{M}}_{\rm{X}}}\]

\[\begin{array}{l} \Leftrightarrow {{\rm{m}}_{{{\rm{N}}_{\rm{2}}}}}{\rm{ + }}{{\rm{m}}_{{{\rm{H}}_{\rm{2}}}}}{\rm{ + }}{{\rm{m}}_{{\rm{N}}{{\rm{H}}_{\rm{3}}}}}{\rm{ = }}{{\rm{n}}_{\rm{X}}} \times {{\rm{M}}_{\rm{X}}}\\ \Leftrightarrow 28{{\rm{n}}_{{{\rm{N}}_{\rm{2}}}}}{\rm{ + 2}}{{\rm{n}}_{{{\rm{H}}_{\rm{2}}}}}{\rm{ + 17}} \times {\rm{0,5 = 1}} \times {\rm{16}}\\ \Leftrightarrow 28{{\rm{n}}_{{{\rm{N}}_{\rm{2}}}}}{\rm{ + 2}}{{\rm{n}}_{{{\rm{H}}_{\rm{2}}}}} = 7,5{\rm{ (2)}}\end{array}\]

Giải hệ phương trình gồm (1) và (2): \[{{\rm{n}}_{{{\rm{H}}_{\rm{2}}}}}{\rm{ = }}{{\rm{n}}_{{{\rm{N}}_{\rm{2}}}}}{\rm{ = 0,25 (mol)}}\]

\[ \Rightarrow {\rm{\% }}{{\rm{V}}_{{{\rm{H}}_{\rm{2}}}}}{\rm{ = \% }}{{\rm{V}}_{{{\rm{N}}_{\rm{2}}}}}{\rm{ = }}\frac{{0,25}}{1} \times 100\% = 25\% \]

→ Chọn A.