50 bài tập về Tổng hợp amoniac (có đáp án 2024) và cách giải

Bài tập tổng hợp amoniac và cách giải – Hóa học lớp 11

A. Lý thuyết ngắn gọn

a. Trong phòng thí nghiệm: đun nóng muối amoni với dung dịch kiềm.

2NH₄Cl + Ca(OH)₂ $\stackrel{t^o}{\to }$ CaCl₂ + 2NH₃ ↑ + 2H₂O

Để làm khô khí, người ta cho khí amoniac vừa tạo thành có lẫn hơi nước đi qua bình đựng vôi sống (CaO).

Khi muốn điều chế nhanh một lượng nhỏ khí amoniac, người ta thường đun nóng dung dịch amoniac đậm đặc.

b. Trong công nghiệp : tổng hợp tử nitơ và hiđro

${\text{N}}_2{\text{(k) + 3H}}_2\text{(k) }\stackrel{t^0\text{ , p, xt}}{\rightleftarrows }{\text{ 2NH}}_3\text{(k) }\Delta \text{H < 0}$

Đây là phản ứng thuận nghịch và tỏa nhiệt. Các điều kiện áp dụng trong công nghiệp sản xuất amoniac là:

- Nhiệt độ : 450 - 500⁰C. Ở nhiệt độ thấp hơn, cân bằng hóa học trên chuyển dịch sang phải làm tăng hiệu suất phản ứng, nhưng lại làm giảm tốc độ phản ứng.

- Áp suất cao, từ 200 – 300 atm.

- Chất xúc tác là sắt kim loại được trộn thêm Al₂O₃, K₂O,…

Trong khí amoniac tạo thành còn lẫn nitơ và hiđro. Hỗn hợp được làm lạnh, chỉ có amoniac hóa lỏng và tách ra. Còn nitơ và hiđro chưa tham gia phản ứng lại được bổ sung vào hỗn hợp nguyên liệu ban đầu.

B. Phương pháp giải

Cách 1: Tính theo phương trình hóa học

Viết phương trình hóa học và tính toán theo phương trình.

$N_{2\left(k\right)}+3H_{2\left(k\right)}\stackrel{t^0,p.xt}{\rightleftarrows }2N{H}_{3\left(k\right)}$

Tính theo yêu cầu của đề bài.

Cách 2: Sử dụng các công thức sau:

Gọi $n_{N_2\left(phanung\right)}=xmol\to n_{H_2\left(phanung\right)}=3xmol$

Ta có: n_sau = n_trước – 2x (mol) $\to n_{N_2\left(phanung\right)}=\frac{n_{truoc}-n_{sau}}{2}$

Bảo toàn khối lượng: $\frac{n_{truoc}}{n_{sau}}=\frac{\overline{M_{sau}}}{\overline{M_{truoc}}}$

Từ đó ta tính được x và hiệu suất phản ứng: $H=\frac{n_{phanung}}{n_{bandau}}.100\%$(tính theo chất bị thiếu)

Chú ý:

- Nếu đề bài chỉ cho tỉ lệ mol của N₂ và H₂ thì ta có thể chọn số mol của N₂ và H₂ đúng như tỉ lệ đã cho để tính toán.

- Nếu đề không cho $\overline{M_{truoc}},\overline{M_{sau}}$ mà cho P_trước, P_sau thì áp dụng công thức

$\frac{n_{truoc}}{n_{sau}}=\frac{p_{truoc}}{p_{sau}}$

- Trường hợp đặc biệt nếu $\frac{n_{H_2}}{n_{N_2}}=3$ thì có thể tính nhanh hiệu suất phản ứng

$H=2-2.\frac{\overline{M_{truoc}}}{\overline{M_{sau}}}$

+ Nếu $\frac{n_{H_2}}{n_{N_2}}>3\to$H₂ dư (so với lượng cần thiết), hiệu suất phản ứng tính theo N₂

+ Nếu $\frac{n_{H_2}}{n_{N_2}}<3\to$N₂ dư (so với lượng cần thiết), hiệu suất phản ứng tính theo H₂

+ Nếu $\frac{n_{H_2}}{n_{N_2}}=3\to$hiệu suất tính theo N₂ hoặc H₂ đều được

C. Ví dụ minh họa

Ví dụ 1:

A. 1,60 lít.

B. 16,40 lít.

C. 8,00 lít.

D. 9,33 lít.

Lời giải chi tiết

Trong cùng điều kiện nhiệt độ và áp suất thì tỉ lệ thể tích bằng tỉ lệ số mol

Gọi thể tích khí N₂ đã phản ứng là x lít

Phương trình hóa học:

$N_2+3H_2\stackrel{xt,t^0,p}{\rightleftarrows }2N{H}_3$

Ban đầu: 4 14

Phản ứng: x 3x 2x

Sau phản ứng: (4 – x) (14 – 3x) 2x

Tổng thể tích sau phản ứng là 16,4 lít nên (4 – x) + (14 - 3x) + 2x = 16,4

→ x = 0,8 lít

$\to V_{N{H}_3}=0,8.2=1,6$lít

Chọn A.

Ví dụ 2:

A. 25%.

B. 15%.

C. 10%.

D. 5%.

Lời giải chi tiết

Gọi số mol của N₂ và H₂ lần lượt là 1 và 3 mol

Bảo toàn khối lượng: $\frac{n_A}{n_B}=\frac{M_B}{M_A}\to n_B=3,7mol$

So sánh: $\frac{n_{N_2}}{n_{H_2}}=\frac{1}{3}\to$hiệu suất tính theo N₂ hoặc H₂

Gọi số mol N₂ phản ứng là x mol

Phương trình hóa học:

$N_2+3H_2\stackrel{xt,t^0,p}{\rightleftarrows }2N{H}_3$

Ban đầu: 1 3

Phản ứng: x 3x 2x

Sau phản ứng: (1 – x) (3 – 3x) 2x

Ta có: (1 – x) + (3 – 3x) + 2x = 3,7

→ x = 0,15

$\to H=\frac{0,15}{1}.100\%=15\%$

Chọn B.

Ví dụ 3:

A. 10 atm.

B. 8 atm.

C. 9 atm.

D. 8,5 atm.

Lời giải chi tiết

So sánh: $\frac{V_{N_2}}{V_{H_2}}=\frac{n_{N_2}}{n_{H_2}}=\frac{1}{1}\to$hiệu suất tính theo H₂

$V_{H_2\left(phanung\right)}=10.\frac{60}{100}=6$lít

Phương trình hóa học:

$N_2+3H_2\stackrel{xt,t^0,p}{\rightleftarrows }2N{H}_3$

Ban đầu: 10 10

Phản ứng: 2 6 4

Sau phản ứng: 8 4 4

$\to \begin{array}{l}{V}_{bandau}=10+10=20\left(l\right)\\ V_{sauphanung}=8+4+4=16\left(l\right)\end{array}$

Vì trước và sau phản ứng nhiệt độ không thay đổi nên:

$\frac{V_1}{V_2}=\frac{n_1}{n_2}=\frac{p_1}{p_2}\to \frac{20}{16}=\frac{10}{p_2}\to p_2=8atm$

Chọn B.

D. Bài tập tự luyện

Câu 1:

A. 25%.

B. 50%.

C. 36%.

D. 40%.

Câu 2:

A. 45% và 55%.

B. 32% và 68%.

C. 40% và 60%.

D. 20% và 80%.

Câu 3:

A. 15,12.

B. 18,23.

C. 14,76.

D. 13,48.

Câu 4:

A. 25% N₂, 25% H₂ và 50% NH₃.

B. 25% NH₃, 25% H₂ và 50% N₂.

C. 25% N₂, 25% NH₃ và 50% H₂.

D. 15% N₂, 35% H₂ và 50% NH₃.

Câu 5:

A. 25% ; 25% ; 50%.

B. 30% ; 25% ; 45%.

C. 22,22% ; 66,67% ; 11,11%.

D. 20% ; 40% ; 40%.

Câu 6:

A. 50%.

B. 36%.

C. 40%.

D. 25%.

Câu 7:

A. 75% ; 25%.

B. 25% ; 75%.

C. 20% ; 80%.

D. 30% ; 70%.

Câu 8:

A. 25% ; 20% ; 55%.

B. 25% ; 18,75% ; 56,25%.

C. 20% ; 25% ; 55%.

D. 30,5% ; 18,75% ; 50,75%.

Câu 9:

A. 20%.

B. 22,5%.

C. 25%.

D. 27%.

Câu 10:

A. 75%.

B. 60%.

C. 70%.

D. 80%.

ĐÁP ÁN

Câu 1	Câu 2	Câu 3	Câu 4	Câu 5	Câu 6	Câu 7	Câu 8	Câu 9	Câu 10
A	C	C	A	C	D	B	B	B	D