В реактор постоянного объёма поместили некоторое количество метана и углекислого газа. Смесь нагрели. В результате протекания обратимой реакции CH₄(г) + CO₂(г) ⇆ 2CO(г) + 2H₂(г) в…
В реактор постоянного объёма поместили некоторое количество метана и углекислого газа. Смесь нагрели. В результате протекания обратимой реакции CH₄(г) + CO₂(г) ⇆ 2CO(г) + 2H₂(г) в реакционной системе установилось химическое равновесие, при котором концентрация водорода и углекислого газа составили 0,2 моль/л и 0,5 моль/л соответственно. Определите исходную концентрацию СО₂ (Х) и равновесную концентрацию СО (Y). Выберите из списка номера правильных ответов. 1) 0,1 моль/л 2) 0,2 моль/л 3) 0,3 моль/л 4) 0,4 моль/л 5) 0,5 моль/л 6) 0,6 моль/л Запишите выбранные номера в таблицу под соответствующими буквами.
Давайте подробно разберем задачу и найдем решение пошагово.
Дано:
- Реакция:
\[ \mathrm{CH_4 (г)} + \mathrm{CO_2 (г)} \rightleftharpoons 2 \mathrm{CO (г)} + 2 \mathrm{H_2 (г)} \] - В системе установилось равновесие с концентрациями:
\[ [\mathrm{H_2}] = 0,2\, \text{моль/л} \] \[ [\mathrm{CO_2}] = 0,5\, \text{моль/л} \] - Нужно найти исходную концентрацию \(\mathrm{CO_2}\) (Обозначим её как \(X\)) и равновесную концентрацию \(\mathrm{CO}\) (Обозначим как \(Y\)).
Шаг 1: Обозначения для веществ
Обозначим исходную концентрацию \(\mathrm{CH_4}\) как \(a_0\), а исходную концентрацию \(\mathrm{CO_2}\) как \(X\).
Пусть изменение концентрации по реакции:
- Пусть \(\mathrm{CH_4}\) и \(\mathrm{CO_2}\) уменьшились на \(x\),
- а \(\mathrm{CO}\) и \(\mathrm{H_2}\) увеличились на \(2x\).
Это стандартная схема для стационарных реакций.
Шаг 2: Записать концентрации веществ в состоянии равновесия
Концентрации при равновесии:
\[
[\mathrm{CH_4}] = a_0 - x
\]
\[
[\mathrm{CO_2}] = X - x
\]
\[
[\mathrm{CO}] = 2x
\]
\[
[\mathrm{H_2}] = 2x
\]
Из условий задачи:
\[
[\mathrm{H_2}] = 0,2 \quad \Rightarrow \quad 2x = 0,2 \quad \Rightarrow \quad x = 0,1
\]
Также по условию:
\[
[\mathrm{CO_2}] = 0,5 \quad \Rightarrow \quad X - x = 0,5
\]
Подставим \(x = 0,1\):
\[
X - 0,1 = 0,5 \quad \Rightarrow \quad X = 0,6
\]
Шаг 3: Найти равновесную концентрацию СО (\(Y\))
Из баланса:
\[
[\mathrm{CO}] = 2x = 0,2\, \text{моль/л}
\]
Обозначим \(Y = [\mathrm{CO}]\). Тогда \(Y = 0,2\, \text{моль/л}\).
Шаг 4: Проверка условий и ответов
Получились значения:
- Исходная концентрация \(\mathrm{CO_2}\): \(X = 0,6\) моль/л
- Равновесная концентрация \(\mathrm{CO}\): \(Y = 0,2\) моль/л
Из предложенного списка правильный ответ для \(\mathrm{CO_2}\) — 0,6 моль/л, что соответствует номеру 6.
Итоги для ответа:
| а) | b) | с) | d) | e) | f) |
|---|---|---|---|---|---|
| 6 |
Ответ:
- Исходная концентрация \(\mathrm{CO_2}\) — 6
- Равновесная концентрация \(\mathrm{CO}\) — 0,2 моль/л (ответ № 2)
Если нужно, я могу помочь также с фиксированием этих данных или пояснить более подробно.
