Chào các em, thầy là giáo viên Hóa học lớp 11 của các em đây. Hôm nay, chúng ta sẽ cùng nhau giải quyết một bài toán rất hay và thực tế về hiệu suất phản ứng trong quá trình tổng hợp amoniac. Các em hãy chú ý theo dõi từng bước thầy hướng dẫn nhé.

BÀI GIẢI CHI TIẾT

Bước 1: Tính số mol amoniac (NH₃) thực tế thu được.
Đầu tiên, chúng ta cần xác định xem 51 gam NH₃ tương ứng với bao nhiêu mol. Ta sẽ sử dụng công thức chuyển đổi từ khối lượng sang số mol.
Khối lượng mol của amoniac là: \( M_{NH_3} = 14 + 3 \times 1 = 17 \) (g/mol).
Số mol NH₃ thực tế thu được là:
\[ n_{NH_3 (\text{thực tế})} = \frac{m_{NH_3}}{M_{NH_3}} = \frac{51}{17} = 3 \text{ (mol)} \]
Đây là lượng sản phẩm mà chúng ta nhận được trên thực tế sau khi phản ứng kết thúc.

Bước 2: Tính số mol amoniac (NH₃) theo lý thuyết.
Bài toán cho biết hiệu suất của phản ứng chỉ là 25%. Điều này có nghĩa là lượng NH₃ thực tế thu được (3 mol) chỉ bằng 25% lượng NH₃ tối đa có thể tạo ra nếu phản ứng xảy ra hoàn toàn (hiệu suất 100%).
Lượng NH₃ theo lý thuyết là lượng mà ta sẽ dùng để tính toán các chất tham gia phản ứng.
Ta có công thức tính hiệu suất:
\[ H\% = \frac{\text{lượng sản phẩm thực tế}}{\text{lượng sản phẩm lý thuyết}} \times 100\% \]
Từ đó, ta suy ra lượng sản phẩm lý thuyết:
\[ n_{NH_3 (\text{lý thuyết})} = \frac{n_{NH_3 (\text{thực tế})}}{H\%} = \frac{3}{25\%} = \frac{3}{0.25} = 12 \text{ (mol)} \]
Lưu ý quan trọng: Mọi tính toán số mol các chất tham gia phản ứng đều phải dựa trên lượng sản phẩm theo lý thuyết này.

Bước 3: Viết phương trình hóa học và tính số mol các chất tham gia.
Phản ứng tổng hợp amoniac từ nitơ và hiđrô có phương trình hóa học như sau (các em nhớ cân bằng nhé):

N₂ + 3H₂ \(\rightleftharpoons\) 2NH₃

Dựa vào tỉ lệ các chất trong phương trình, ta thấy:
Cứ 1 mol N₂ phản ứng với 3 mol H₂ thì tạo ra 2 mol NH₃.

Bây giờ, ta sẽ dùng số mol NH₃ theo lý thuyết (12 mol) để tìm số mol N₂ và H₂ cần dùng.
– Tính số mol nitơ (N₂) cần dùng:
Theo phương trình, \( n_{N_2} = \frac{1}{2} n_{NH_3 (\text{lý thuyết})} \).
\[ n_{N_2} = \frac{1}{2} \times 12 = 6 \text{ (mol)} \]
– Tính số mol hiđrô (H₂) cần dùng:
Theo phương trình, \( n_{H_2} = \frac{3}{2} n_{NH_3 (\text{lý thuyết})} \).
\[ n_{H_2} = \frac{3}{2} \times 12 = 18 \text{ (mol)} \]

Bước 4: Tính thể tích khí N₂ và H₂ cần dùng ở điều kiện tiêu chuẩn (đktc).
Ở điều kiện tiêu chuẩn, 1 mol của bất kỳ chất khí nào cũng chiếm một thể tích là 22,4 lít. Ta áp dụng công thức: \( V = n \times 22.4 \).

– Thể tích khí nitơ (N₂) cần dùng là:
\[ V_{N_2} = n_{N_2} \times 22.4 = 6 \times 22.4 = 134.4 \text{ (lít)} \]
– Thể tích khí hiđrô (H₂) cần dùng là:
\[ V_{H_2} = n_{H_2} \times 22.4 = 18 \times 22.4 = 403.2 \text{ (lít)} \]

KẾT LUẬN
Vậy, để điều chế được 51 gam NH₃ với hiệu suất phản ứng là 25%, chúng ta cần dùng:
– 134,4 lít khí nitơ (N₂).
– 403,2 lít khí hiđrô (H₂).
(Các thể tích khí được đo ở điều kiện tiêu chuẩn).

Thầy hy vọng bài giải chi tiết này sẽ giúp các em hiểu rõ hơn về cách giải bài toán hiệu suất. Nếu có bất kỳ thắc mắc nào, đừng ngần ngại hỏi nhé. Chúc các em học tốt