4-21. Смесь азота и водорода массой 3,4 г при нормальных условиях занимает объем 8,96 л. Определите: а) объемные доли газов в смеси; б) массовые доли газов в смеси.

При нормальных условиях молярный объем газа равен 22,4 л/моль. Пусть в смеси содержится x моль азота и y моль водорода.

По объему смеси: x + y = 8,96 / 22,4 = 0,4 моль.

По массе смеси: 28x + 2y = 3,4.

Подставим y = 0,4 − x: 28x + 2(0,4 − x) = 3,4; 26x = 2,6; x = 0,1 моль. Тогда y = 0,3 моль.

Объемные доли равны мольным: φ(N₂) = 0,1 / 0,4 = 25%; φ(H₂) = 0,3 / 0,4 = 75%.

Массы газов: m(N₂) = 28 · 0,1 = 2,8 г; m(H₂) = 2 · 0,3 = 0,6 г. Массовые доли: ω(N₂) = 2,8 / 3,4 ≈ 82,35%; ω(H₂) = 0,6 / 3,4 ≈ 17,65%.

Ответ: а) N₂ — 25%, H₂ — 75%; б) N₂ — 82,35%, H₂ — 17,65%.