Thực hiện phản ứng tổng hợp ammonia từ $N_2$ và $H_2$ với hiệu suất h%, thu được hỗn hợp X chứa 10%  $N{H}_3$ (về thể tích). Cho X tác dụng với CuO dư, nung nóng. Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được hỗn hợp Y (gồm khí và hơi) và hỗn hợp rắn Z có khối lượng giảm đi so với khối lượng CuO ban đầu là 12,8 gam. Làm lạnh Y, còn 7,437 lít khí (đkc) không bị ngưng tụ. Giá trị của h là?

$\left\{\begin{array}{c}{\text{N}}_{\text{2}}\\ {\text{H}}_{\text{2}}\end{array}\right.\to \text{X}\left\{\begin{array}{c}{\text{NH}}_{\text{3}}\\ {\text{N}}_{\text{2}}\\ {\text{H}}_{\text{2}}\end{array}\right.\stackrel{+CuO dư}{\to }\text{Y }\left\{\begin{array}{c}{\text{N}}_{\text{2}}\\ {\text{H}}_{\text{2}}\text{O}\end{array}\right.\stackrel{làm lạnh}{\to }{\text{N}}_2$

Sau khi ngưng tụ còn lại khí N₂ ⟹ ${\text{n}}_{{\text{N}}_{\text{2}}}$= 0,3 mol = ${\text{n}}_{{\text{N}}_{\text{2}}}$ _{(ban đầu)}.

N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃

3CuO + 2NH₃ $\stackrel{t^o}{\to }$ 3Cu + N₂ + 3H₂O

CuO + H₂ $\stackrel{t^o}{\to }$ Cu + H₂O

m_{chất rắn giảm} = m_{O phản ứng} = 12,8 gam ⟹ n_{O phản ứng} = 0,8 mol.

Bảo toàn electron toàn bộ quá trình: ${\text{2n}}_{{\text{H}}_{\text{2}}}$_{(ban đầu)} = 2n_{O phản ứng} ⟹ ${\text{2n}}_{{\text{H}}_{\text{2}}}$_{(ban đầu)} = 0,8 (mol).

Ta thấy: $\frac{{\text{n}}_{{\text{N}}_{\text{2}}}}{\text{1}}\text{ > }\frac{{\text{n}}_{{\text{H}}_{\text{2}}}}{\text{3}}$⟹ Hiệu suất tính theo H₂.

                        N₂    +     3H₂      ⇌         2NH₃

Ban đầu:          0,3           0,8                            (mol)

Phản ứng:         x             3x                     2x  (mol)

Sau:            (0,3 − x)    (0,8 − 3x)           2x     (mol)

⟹ n_Sau = (0,3 − x) + (0,8 − 3x) + 2x = 1,1 − 2x (mol)   

Mà ${\text{\%V}}_{{\text{NH}}_{\text{3}}}$= 10% ⟹ $\frac{2\text{x}}{1,1-2\text{x}}$= 1,1 ⟹ x = 0,05.

$\text{h\% = }\frac{3.0,05}{0,8}\text{.100\% = 18,75\%.}$