В реактор постоянного объёма поместили некоторое количество метана и углекислого газа. При этом исходная концентрация метана составляла 0,5 моль/л. Смесь нагрели. В результате…
В реактор постоянного объёма поместили некоторое количество метана и углекислого газа. При этом исходная концентрация метана составляла 0,5 моль/л. Смесь нагрели. В результате протекания обратимой реакции CH₄(г) + CO₂(г) ⇄ 2CO(г) + 2H₂(г) в реакционной системе установилось химическое равновесие, при котором концентрации углекислого газа и угарного газа составили по 0,2 моль/л каждого. Определите равновесную концентрацию CH₄ (X) и исходную концентрацию CO₂ (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.
Куратор задачи: CH4 + CO2 ⇄ 2 CO + 2 H2 Дано: начальная концентрация CH4 = 0.5 М, CO2 = Y, продукты отсутствуют. В равновесии: [CO2] = [CO] = 0.2 М.
- Введём величину ξ – предел хода реакции (extent), при котором:
- CH4 уменьшается на ξ
- CO2 уменьшается на ξ
- CO увеличивается на 2ξ
- H2 увеличивается на 2ξ
Начальные концентрации: CH4 = 0.5, CO2 = Y, CO = 0, H2 = 0. Равновесные концентрации:
- [CH4]eq = 0.5 − ξ = X
- [CO2]eq = Y − ξ = 0.2
- [CO]eq = 2ξ = 0.2
- [H2]eq = 2ξ
По [CO]eq = 0.2 даём ξ: 2ξ = 0.2 → ξ = 0.1
Находим X и Y:
- X = 0.5 − ξ = 0.5 − 0.1 = 0.4 моль/л
- Y по CO2: Y − ξ = 0.2 → Y = 0.2 + ξ = 0.2 + 0.1 = 0.3 моль/л
- Проверка (не обязательно, но полезно): [H2]eq = 2ξ = 0.2 моль/л, [CO]eq = 0.2 моль/л, [CH4]eq = 0.4 моль/л, [CO2]eq = 0.2 моль/л. Классическое заметное значение константы равновесия: Kc = ([CO]^2 [H2]^2)/([CH4][CO2]) = (0.2^2 · 0.2^2)/(0.4·0.2) = 0.0016/0.08 = 0.02 (для справки, не требуется для ответа).
Ответ:
- X (равновесная концентрация CH4) = 0.4 моль/л → вариант 4
- Y (исходная концентрация CO2) = 0.3 моль/л → вариант 3
Запишите выбранные номера: X = 4, Y = 3.
