Câu hỏi:

Công thức phân tử $C_4H_9Cl$ có các đồng phân sau:

• $CH_3-CH_2-CH_2-CH_2Cl$ (1-chlorobutane)
• $CH_3-CH_2-CH(Cl)-CH_3$ (2-chlorobutane)
• $(CH_3)_2CH-CH_2Cl$ (1-chloro-2-methylpropane)
• $(CH_3)_3C-Cl$ (2-chloro-2-methylpropane)

Vậy có 4 đồng phân.

Gọi số mol $N_2$ và $H_2$ ban đầu lần lượt là a và b mol.

$N_2 + 3H_2 \rightleftharpoons 2NH_3$

Gọi số mol $N_2$ phản ứng là x mol. Ta có số mol $NH_3$ tạo thành là 2x mol.

Hỗn hợp X có 10% $NH_3$ về thể tích nên ta có:

$\frac{2x}{a-x + b - 3x + 2x} = 0.1$

$2x = 0.1(a - x + b - x)$

$2x = 0.1(a+b-2x)$

$20x = a + b - 2x$

$a+b = 22x$ (1)

$NH_3 + CuO \rightarrow Cu + N_2 + H_2O$

$2NH_3 + 3CuO \rightarrow 3Cu + N_2 + 3H_2O$

Số mol $NH_3$ là 2x, sau phản ứng tạo ra x mol $N_2$ và 3x mol $H_2O$.

Khối lượng CuO giảm là khối lượng Oxi phản ứng:

$n_O = \frac{12.8}{16} = 0.8$ mol.

Số mol CuO phản ứng = số mol Oxi = 0.8 * 3/3 = 0.8 mol

Số mol $NH_3$ là $2x = \frac{2}{3} * 0.8 = 0.5333$ mol.

Số mol khí không ngưng tụ là $n_{N_2} = \frac{7.437}{22.4} = 0.332$ mol.

Khí không ngưng tụ gồm $N_2$ dư và $N_2$ sinh ra từ $NH_3$ phản ứng.

Số mol $N_2$ tạo ra từ $NH_3$ là $0.5333/2 = 0.26665$ mol.

Số mol $N_2$ dư là $0.332 - 0.26665 = 0.06535$ mol.

Vậy, $a-x=0.06535$

$x=0.26665$ mol.

Thay vào (1): $a+b = 22 * 0.26665 = 5.8663$

$a = 0.06535 + 0.26665 = 0.332$ mol

$b = 5.8663 - 0.332 = 5.5343$ mol

Hiệu suất phản ứng: $h = \frac{x}{a} * 100 = \frac{0.26665}{0.332} * 100 \approx 80.31%$ (theo $N_2$).

Hoặc $h = \frac{3x}{b} * 100 = \frac{3 * 0.26665}{5.5343} * 100 \approx 14.45%$ (theo $H_2$).

$n_{NH_3} = 0.1(n_{N_2} + n_{H_2} + n_{NH_3})$

Gọi a là $n_{N_2}$ ban đầu, b là $n_{H_2}$ ban đầu. x là số mol $N_2$ phản ứng.

$2x = 0.1*(a-x + b -3x + 2x)$

$20x = a + b - 2x$

$a+b = 22x$

$n_{O(CuO)} = 12.8/16 = 0.8$

$2NH_3 + 3CuO -> N_2 + 3H_2O + 3Cu$

$n_{NH_3} = 2/3 * n_{CuO} = 2/3 * 0.8 = 0.5333$

$2x = 0.5333$

$x=0.26665$

$n_{N_2 du} = 7.437/22.4 - x/2 = 0.332 - 0.26665/2 = 0.1987$

$a = n_{N_2 du} + x = 0.1987 + 0.26665 = 0.46535$

$b = 22*0.26665 - 0.46535 = 5.40195$

$H = x/a = 0.26665/0.46535 * 100 = 57.29%$ (sai)

Theo đề bài, hỗn hợp X chứa 10% $NH_3$, vậy hiệu suất phải tính theo chất hết hoặc chất thiếu.

Hỗn hợp Y chứa $N_2$ và hơi nước. $n_{N_2(Y)} = rac{7.437}{22.4} = 0.332$ mol.

Số mol $NH_3$ phản ứng là $n_{NH_3} = rac{2}{3}n_O = rac{2}{3} imes rac{12.8}{16} = rac{2}{3} imes 0.8 = rac{8}{15}$ mol.

$2NH_3 + 3CuO \rightarrow N_2 + 3H_2O + 3Cu$

$n_{N_2} = rac{1}{2} n_{NH_3} = rac{1}{2} imes rac{8}{15} = rac{4}{15}$ mol.

$n_{N_2(X)} = 0.332 - rac{4}{15} = 0.0653$ mol.

$N_2 + 3H_2 \rightleftharpoons 2NH_3$

$x \quad 3x \qquad 2x$

$2x = 0.1(n_{N_2} + n_{H_2} - 2x)$

$n_{N_2} + n_{H_2} = 22x$

$n_{N_2(X)} + x = 0.0653 + x$

$H = \frac{2x}{a}*100 = \frac{2x}{a+b+2x}*100$