Задание №23 — Теоретические основы химии

Задание №23

В реактор постоянного объёма поместили некоторое количество метана и кислорода. В результате протекания обратимой реакции

2CH_4(г) + O_2(г) $\overset{ }{\rightleftarrows}$ 2CO_(г) + 4Н_2(г)

в реакционной системе установилось химическое равновесие.

Используя данные, приведённые в таблице, определите равновесную концентрацию CH₄ (X) и исходную концентрацию O₂ (Y).

Реагент	CH₄	O₂	CO	Н₂
Исходная концентрация, моль/л	0,8
Равновесная концентрация, моль/л		0,2	0,6	1,2

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

Правильный ответ

Пояснение

Решение.

Для решения задач на химическое равновесие удобно использовать таблицу концентраций (исходная, прореагировавшая/образовавшаяся, равновесная) и уравнение реакции:
2 CH₄(г) + O₂(г) ⇄ 2 CO(г) + 4 H₂(г)

1. Анализируем данные по продуктам реакции.
В условии не указано, что продукты (CO и H₂) находились в реакторе изначально. В задачах такого типа, если не оговорено иное, исходные концентрации продуктов принимаются равными 0 моль/л.
Из таблицы видно, что равновесная концентрация угарного газа CO составляет 0,6 моль/л. Значит, в ходе реакции образовалось 0,6 моль/л CO.

2. Находим количество прореагировавших и образовавшихся веществ.
Используем коэффициенты уравнения реакции (2 : 1 : 2 : 4):
- Если образовалось 0,6 моль/л CO, то согласно пропорции, метана (CH₄) вступило в реакцию столько же, сколько образовалось CO (коэффициенты 2 и 2 равны):
Δc(CH₄) = 0,6 моль/л.
- Кислорода (O₂) вступило в реакцию в 2 раза меньше, чем образовалось CO (коэффициенты 1 и 2):
Δc(O₂) = 0,6 моль/л / 2 = 0,3 моль/л.
- Водорода (H₂) образовалось в 2 раза больше, чем CO (коэффициенты 4 и 2):
Δc(H₂) = 0,6 моль/л * 2 = 1,2 моль/л (это совпадает с данными таблицы, что подтверждает правильность рассуждений).

3. Определяем равновесную концентрацию метана (X).
Равновесная концентрация реагента равна разности между исходной концентрацией и той, что вступила в реакцию:
c_равн(CH₄) = c_исх(CH₄) - Δc(CH₄)
X = 0,8 моль/л - 0,6 моль/л = 0,2 моль/л.
Это соответствует варианту №2.

4. Определяем исходную концентрацию кислорода (Y).
Из таблицы мы видим, что равновесная концентрация кислорода O₂ равна 0,2 моль/л. Исходная концентрация реагента равна сумме равновесной концентрации и концентрации прореагировавшего вещества:
c_исх(O₂) = c_равн(O₂) + Δc(O₂)
Y = 0,2 моль/л + 0,3 моль/л = 0,5 моль/л.
Это соответствует варианту №5.

Ответ: А → 2, Б → 5.

Источник: ФИПИ

НазадЗадание №23Далее