Reakcja syntezy amoniaku przebiega zgodnie z równaniem:
N2 + 3H2 → 2NH3
Współczynniki stechiometryczne mówią, w jakim stosunku molowym reagują substraty: na 1 mol azotu potrzeba 3 mole wodoru. Dla gazów w tych samych warunkach temperatury i ciśnienia objętość jest proporcjonalna do liczby moli (prawo Avogadra), więc taki sam stosunek dotyczy także objętości.
Zatem stosunek stechiometryczny objętości na wejściu do reaktora wynosi:
Jeśli 300 m3 azotu przereaguje w całości, to oznacza, że do pełnego zużycia N2 trzeba dostarczyć trzykrotnie większą objętość H2:
V(H2) = 3 · V(N2) = 3 · 300 m3 = 900 m3
Dlatego odpowiedź "900 m3" wynika bezpośrednio z równania reakcji i założenia stechiometrycznego zasilania.
Dlaczego pozostałe wartości są błędne?
- "300 m3" odpowiadałoby mylnemu założeniu stosunku 1:1, ignorując współczynnik 3 przy wodorze.
- "500 m3" nie wynika z żadnego prostego stosunku stechiometrycznego w tym równaniu i sugeruje zgadywanie lub błąd w proporcji.
- "100 m3" jest sprzeczne z faktem, że wodoru ma być wielokrotnie więcej niż azotu; taka ilość nie pozwoliłaby na całkowite przereagowanie 300 m3 N2.
W praktyce technologicznej warto pamiętać, że porównywanie objętości gazów wymaga przyjęcia tych samych warunków T i p (np. warunków normalnych lub umownych) dla obu strumieni.
