Задача сводится к балансу по реакции разложения аммиака:
2 NH3 ⇌ N2 + 3 H2
Обозначим через:
- V = 5 л — объем сосуда
- начальные количества веществ: NH3_0 = 5 моль, H2_0 = 2 моль, N2_0 = a моль (неизвестно)
- x — число “разложившихся” порций NH3 по стехиометрии: NH3 разлагаются на 2 моль NH3 за одну порцию, что даёт:
NH3 = 5 − 2x
N2 = a + x
H2 = 2 + 3x
(то есть при разложении 2 NH3 образуются 1 N2 и 3 H2)
Условие 1. количество газов-простых веществ (H2 и N2) в 2,5 раза больше количества NH3:
(H2_eq + N2_eq) = 2.5 × NH3_eq
Подстановка даёт:
(2 + 3x) + (a + x) = 2.5 × (5 − 2x)
a + 2 + 4x = 12.5 − 5x
a = 10.5 − 9x. (1)
Условие 2. исходная концентрация азота в 2 раза меньше равновесной концентрации аммиака:
[N2]_0 = (1/2) [NH3]_eq
N2_0 / V = (1/2) × (NH3_eq / V) → a = (5 − 2x)/2
a = 2.5 − x. (2)
Из (1) и (2) найдём x:
2.5 − x = 10.5 − 9x
8x = 8 → x = 1
Тогда a = 2.5 − x = 1.5 моль.
Теперь найдём требуемые концентрации:
- исходная концентрация азота [N2]_0 = a / V = 1.5 моль / 5 л = 0.3 М
- равновесная концентрация водорода [H2]_eq = (2 + 3x) / V = (2 + 3×1) / 5 = 5 / 5 = 1.0 М
Проверка (для уверенности):
NH3_eq = 5 − 2x = 3 моль → [NH3]_eq = 3/5 = 0.6 М
N2_eq = a + x = 2.5 моль → [N2]_eq = 2.5/5 = 0.5 М
H2_eq = 5 моль → [H2]_eq = 1.0 М
Сумма простых газов при равновесии: [H2] + [N2] = 0.5 + 1.0 = 1.5 М; отношение к NH3: 0.6 М × 2.5 = 1.5 М, что согласуется с условием задачи.
Ответ:
- Исходная концентрация азота [N2]_0 = 0.30 М
- Равновесная концентрация водорода [H2]_eq = 1.00 М
Примечание: мы рассматривали “газов-простых веществ” как простые вещества в виде газов (N2 и H2), а NH3 — как вещество в виде соединения. Если смысл условия about другое толковать — сообщите, можем проверить альтернативную трактовку.
