Задание №23 — Теоретические основы химии

Задание №23

В реактор постоянного объёма поместили пары́ метанола и хлороводород.
В результате протекания обратимой реакции в реакционной системе

CH₃OH_(г) + HCl_(г) $\overset{ }{\rightleftarrows}$ CH₃Cl_(г) + H₂O_(г)

установилось химическое равновесие.

Используя данные, приведенные в таблице, определите исходную концентрацию HCl (X) и равновесную концентрацию H₂O (Y).

Реагент	CH₃OH	HCl	CH₃Cl	H₂O
Исходная концентрация (моль/л)	0,9
Равновесная концентрация (моль/л)		0,5	0,3

Выберите из списка номера правильных ответов:

1)	0,1 моль/л
2)	0,2 моль/л
3)	0,3 моль/л
4)	0,6 моль/л
5)	0,8 моль/л
6)	0,9 моль/л

Правильный ответ

Пояснение

Решение.

Для решения задач на химическое равновесие удобно использовать таблицу, в которой фиксируются исходные концентрации веществ, изменение их концентраций в ходе реакции и равновесные концентрации.

Уравнение реакции: CH₃OH (г) + HCl (г) ⇄ CH₃Cl (г) + H₂O (г)

1) Анализируем изменение концентрации метанола (CH₃OH).
Из условия известно, что исходная концентрация метанола составляла 0,9 моль/л, а равновесная — 0,5 моль/л. Значит, в ходе реакции израсходовалось:
Δc(CH₃OH) = c_исх(CH₃OH) − c_равн(CH₃OH) = 0,9 моль/л − 0,5 моль/л = 0,4 моль/л.

2) Определяем изменение концентраций остальных веществ.
Согласно уравнению реакции, коэффициенты перед всеми веществами равны 1. Это означает, что вещества реагируют и образуются в мольных соотношениях 1 : 1 : 1 : 1. Следовательно, если вступило в реакцию 0,4 моль/л метанола, то:
- израсходовалось HCl: Δc(HCl) = 0,4 моль/л;
- образовалось CH₃Cl: Δc(CH₃Cl) = 0,4 моль/л;
- образовалось H₂O: Δc(H₂O) = 0,4 моль/л.

3) Находим равновесную концентрацию воды (Y).
Поскольку в реактор поместили только метанол и хлороводород, исходные концентрации продуктов (CH₃Cl и H₂O) были равны 0 моль/л. Равновесная концентрация продукта равна количеству образовавшегося вещества:
c_равн(H₂O) = c_исх(H₂O) + Δc(H₂O) = 0 моль/л + 0,4 моль/л = 0,4 моль/л.
Однако в таблице указано, что равновесная концентрация CH₃Cl равна 0,3 моль/л. Пересчитаем изменения, опираясь на это значение, так как оно является ключевым для продуктов.
Если c_равн(CH₃Cl) = 0,3 моль/л (при исходной 0), значит, образовалось 0,3 моль/л CH₃Cl. Тогда по стехиометрии:
Δc(CH₃OH) = 0,3 моль/л;
Δc(HCl) = 0,3 моль/л;
Δc(H₂O) = 0,3 моль/л.
Тогда равновесная концентрация воды Y = 0,3 моль/л (соответствует варианту 3).

4) Находим исходную концентрацию хлороводорода (X).
Нам известно, что равновесная концентрация HCl равна 0,5 моль/л (из таблицы), а в ходе реакции его израсходовалось 0,3 моль/л. Исходная концентрация реагента находится как сумма равновесной концентрации и концентрации прореагировавшего вещества:
c_исх(HCl) = c_равн(HCl) + Δc(HCl) = 0,5 моль/л + 0,3 моль/л = 0,8 моль/л.
Таким образом, X = 0,8 моль/л (соответствует варианту 5).

Ответ: X = 5 (0,8 моль/л), Y = 3 (0,3 моль/л).

Источник: ФИПИ

НазадЗадание №23Далее