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 исходную концентрацию CH₄ (X) и равновесную концентрацию O₂ (Y).

Реагент	CH₄	O₂	CO	Н₂
Исходная концентрация, моль/л		0,5
Равновесная концентрация, моль/л	0,2		0,4	0,8

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 задачи проанализируем уравнение химической реакции:
2 CH₄(г) + O₂(г) ⇄ 2 CO(г) + 4 H₂(г)

1. Определим изменение концентраций веществ в ходе реакции.
По условию задачи нам известны равновесные концентрации продуктов реакции: CO и H₂.
Равновесная концентрация CO составляет 0,4 моль/л, а H₂ — 0,8 моль/л.
Поскольку изначально продуктов в реакторе не было (их исходная концентрация равна 0), то в ходе реакции образовалось 0,4 моль/л CO и 0,8 моль/л H₂.

2. Найдем количество прореагировавших исходных веществ.
Согласно уравнению реакции, коэффициенты перед веществами показывают соотношение их количеств:
на 2 моль образовавшегося CO расходуется 2 моль CH₄ и 1 моль O₂.
Следовательно:
Δc(CH₄) = Δc(CO) = 0,4 моль/л (столько метана вступило в реакцию).
Δc(O₂) = 1/2 * Δc(CO) = 0,4 моль/л / 2 = 0,2 моль/л (столько кислорода вступило в реакцию).

3. Определим исходную концентрацию метана (X).
Исходная концентрация вещества равна сумме его равновесной концентрации и концентрации того количества, которое вступило в реакцию:
c_исх(CH₄) = c_равн(CH₄) + Δc(CH₄)
X = 0,2 моль/л + 0,4 моль/л = 0,6 моль/л.
Это соответствует варианту ответа №6.

4. Определим равновесную концентрацию кислорода (Y).
Равновесная концентрация исходного вещества равна разности между его исходной концентрацией и концентрацией того количества, которое вступило в реакцию:
c_равн(O₂) = c_исх(O₂) - Δc(O₂)
По таблице исходная концентрация O₂ равна 0,5 моль/л.
Y = 0,5 моль/л - 0,2 моль/л = 0,3 моль/л.
Это соответствует варианту ответа №3.

Ответ: X = 6 (0,6 моль/л), Y = 3 (0,3 моль/л).

Источник: ФИПИ

НазадЗадание №23Далее