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: Cho 4 lít N₂ và 14 lít H₂ vào bình kín rồi nung nóng với xúc tác thích hợp để phản ứng xảy ra, sau phản ứng thu được 16,4 lít hỗn hợp khí (các khí đo ở cùng điều kiện nhiệt độ và áp suất). Thể tích khí amoniac thu được là

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: Hỗn hợp khí A gồm N₂ và H₂ (có tỉ lệ mol 1:3). Đun nóng A một thời gian trong bình kín, thu được hỗn hợp B có tỉ khối d_A/B = 0,925. Hiệu suất của phản ứng tổng hợp NH₃ là

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: Trong một bình kín chứa 10 lít nitơ và 10 lít hiđro ở nhiệt độ 0^oC và 10 atm. Sau phản ứng tổng hợp NH₃, lại đưa bình về 0^oC. Biết rằng có 60% hiđro tham gia phản ứng, áp suất trong bình sau phản ứng là

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

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

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: 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 He bằng 2. Hiệu suất của phản ứng tổng hợp NH₃ là

A. 25%.

B. 50%.

C. 36%.

D. 40%.

Câu 2: Nung một hỗn hợp khí X gồm N₂ và H₂ được nạp vào một bình kín giữ ở nhiệt độ không đổi. Khi phản ứng đạt trạng thái cân bằng thì áp suất giảm 12% áp suất ban đầu. Biết tỉ lệ số mol của nitơ phản ứng là 15%. Thành phần phần trăm về số mol của N₂ và H₂ trong hỗn hợp ban đầu là

A. 45% và 55%.

B. 32% và 68%.

C. 40% và 60%.

D. 20% và 80%.

Câu 3: Hỗn hợp X gồm N₂ và H₂ có phân tử khối trung bình là 12,4. Dẫn X đi qua bình đựng bột Fe rồi nung nóng biết rằng hiệu suất tổng hợp NH₃ đạt 40% thì thu được hỗn hợp Y. Phân tử khối trung bình của hỗn hợp Y có giá trị là

A. 15,12.

B. 18,23.

C. 14,76.

D. 13,48.

Câu 4: Cho hỗn hợp gồm N₂, H₂ và NH₃ có tỉ khối so với hiđro là 8. Dẫn hỗn hợp đi qua dung dịch H₂SO₄ đặc, dư thì thể tích khí còn lại một nửa. Thành phần phần trăm theo thể tích của mỗi khí trong hỗn hợp lần lượt là

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: Sau quá trình tổng hợp NH₃ từ H₂ và N₂ $(n_{H_2}:n_{N_2}=3:1)$, áp suất trong bình giảm đi 10% so với áp suất lúc đầu. Biết nhiệt độ của phản ứng giữ không đổi trước và sau phản ứng. Phần trăm theo thể tích của N₂, H₂, NH₃ trong hỗn hợp khí thu được sau phản ứng lần lượt là

A. 25% ; 25% ; 50%.

B. 30% ; 25% ; 45%.

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

D. 20% ; 40% ; 40%.

Câu 6: Hỗn hợp khí X gồm N₂ và H₂ có tỉ khối so với H₂ bằng 3,6. 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 4. Hiệu suất của phản ứng tổng hợp NH₃ là

A. 50%.

B. 36%.

C. 40%.

D. 25%.

Câu 7: Một hỗn hợp N₂, H₂ được lấy vào bình phản ứng có nhiệt độ được giữ không đổi. Sau thời gian phản ứng, áp suất của các khí trong bình giảm 5% so với áp suất lúc đầu. Biết rằng % số mol của N₂ đã phản ứng là 10%. Phần trăm thể tích của các khí N₂, H₂ trong hỗn hợp đầu lần lượt là

A. 75% ; 25%.

B. 25% ; 75%.

C. 20% ; 80%.

D. 30% ; 70%.

Câu 8: Hỗn hợp A gồm 3 khí NH₃, N₂, H₂. Dẫn hỗn hợp A vào bình có nhiệt độ cao. Sau phản ứng phân hủy NH₃ (coi như hoàn toàn) thu được hỗn hợp khí B có thể tích tăng 25% so với A. Dẫn B đi qua ống đựng CuO nung nóng sau đó loại nước thì chỉ còn một chất khí có thể tích giảm 75% so với B. Phần trăm thể tích của các khí NH₃, N₂, H₂ trong A lần lượt là

A. 25% ; 20% ; 55%.

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

C. 20% ; 25% ; 55%.

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

Câu 9: Thực hiện phản ứng giữa H₂ và N₂ (tỉ lệ mol 4 : 1), trong bình kín có xúc tác, thu được hỗn hợp khí có áp suất giảm 9% so với ban đầu (trong cùng điều kiện). Hiệu suất phản ứng là

A. 20%.

B. 22,5%.

C. 25%.

D. 27%.

Câu 10: Điều chế NH₃ từ hỗn hợp gồm N₂ và H₂ (tỉ lệ mol 1 : 3). Tỉ khối hỗn hợp trước so với hỗn hợp sau phản ứng là 0,6. Hiệu suất phản ứng là

A. 75%.

B. 60%.

C. 70%.

D. 80%.

ĐÁP ÁN

Xem thêm các dạng bài tập Hóa học lớp 11 có đáp án và lời giải chi tiết khác:

Bài tập kim loại tác dụng với HNO3 và cách giải

Bài tập hợp chất tác dụng với HNO3 và cách giải

Bài tập xác định chất khử, sản phẩm khử và cách giải

Bài tập nhiệt phân muối nitrat và cách giải

Các dạng toán P2O5 tác dụng với dung dịch kiềm và cách giải