Jawaban:

Untuk menyelesaikan masalah ini, kita perlu menggunakan persamaan gas ideal:

PV = nRT

di mana P adalah tekanan gas dalam atmosfer (atm), V adalah volume gas dalam liter (L), n adalah jumlah mol gas, R adalah konstanta gas (0,0821 L atm mol-1 K-1), dan T adalah suhu gas dalam kelvin (K).

Kita akan menghitung jumlah mol gas amonia dan oksigen yang digunakan dalam reaksi terlebih dahulu menggunakan stoikiometri persamaan reaksi yang diberikan:

4 NH3(g) + 5 O2(g) → 4 NO(g) + 6 H2O(g)

Dari persamaan ini, kita dapat melihat bahwa setiap 4 mol amonia memerlukan 5 mol oksigen. Oleh karena itu, jika ada x mol amonia yang bereaksi, maka jumlah mol oksigen yang diperlukan adalah (5/4)x. Karena kita memiliki 20 L gas amonia dan 15 L gas oksigen, kita perlu menghitung jumlah mol masing-masing gas menggunakan persamaan gas ideal.

Untuk gas amonia:

n(NH3) = (P × V)/(R × T) = (40 atm × 20 L)/(0,0821 L atm mol-1 K-1 × 773 K) = 1001 mol

Untuk gas oksigen:

n(O2) = (P × V)/(R × T) = (40 atm × 15 L)/(0,0821 L atm mol-1 K-1 × 773 K) = 751 mol

Karena setiap 4 mol amonia memerlukan 5 mol oksigen, jumlah mol oksigen yang diperlukan untuk 1001 mol amonia adalah (5/4) × 1001 = 1251,25 mol. Karena kita hanya memiliki 751 mol oksigen, oksigen akan habis terlebih dahulu, dan amonia akan tersisa. Oleh karena itu, jumlah mol amonia yang bereaksi adalah 751/5 = 150,2 mol. Sekarang kita dapat menghitung volume gas yang tersisa menggunakan persamaan gas ideal:

Untuk gas amonia:

V(NH3) = (n(NH3) - n(NH3) yang bereaksi) × R × T/P

= (1001 - 150,2) mol × 0,0821 L atm mol-1 K-1 × 773 K/40 atm

= 112,3 L

Untuk gas oksigen:

V(O2) = (n(O2) - n(O2) yang bereaksi) × R × T/P

= (751 - (5/4) × 150,2) mol × 0,0821 L atm mol-1 K-1 × 773 K/40 atm

= 12,8 L

Jadi, volume gas yang tersisa adalah 12,8 L oksigen atau sekitar 8 L amonia. Oleh karena itu, jawaban yang benar adalah (E) 8 liter NH3.