Задание №23 — Теоретические основы химии

Задание №23

В реактор постоянного объёма поместили водяной пар и метан. При этом исходная концентрация метана составляла 2,8 моль/л. В результате протекания обратимой реакции

CH_4(г) + H₂O_(г) $\overset{ }{\rightleftarrows}$ CO_(г) + 3H_2(г)

в реакционной системе установилось химическое равновесие, при котором концентрации метана и водяного пара составили 2,0 моль/л и 2,2 моль/л соответственно. Определите равновесную концентрацию водорода (X)
и исходную концентрацию водяного пара (Y).

Выберите из списка номера правильных ответов:

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

Правильный ответ

Пояснение

Решение.

Для решения задач на химическое равновесие удобно составить таблицу концентраций (исходная, изменившаяся в ходе реакции и равновесная). Уравнение реакции:
CH₄(г) + H₂O(г) ⇄ CO(г) + 3H₂(г)

Шаг 1. Определим изменение концентрации метана (CH₄).
Нам известна исходная концентрация метана [CH₄]_исх = 2,8 моль/л и его равновесная концентрация [CH₄]_равн = 2,0 моль/л.
Разница между ними — это то количество вещества, которое вступило в реакцию:
Δc(CH₄) = [CH₄]_исх − [CH₄]_равн = 2,8 моль/л − 2,0 моль/л = 0,8 моль/л.

Шаг 2. Определим равновесную концентрацию водорода (X).
Согласно уравнению реакции, из 1 моль метана образуется 3 моль водорода. Следовательно, концентрация образовавшегося водорода в 3 раза больше концентрации прореагировавшего метана:
Δc(H₂) = 3 * Δc(CH₄) = 3 * 0,8 моль/л = 2,4 моль/л.
Так как изначально водорода в системе не было (в реактор поместили только метан и пар), его равновесная концентрация равна количеству образовавшегося вещества:
X = [H₂]_равн = 2,4 моль/л.
Это соответствует варианту 3.

Шаг 3. Определим исходную концентрацию водяного пара (Y).
Согласно уравнению реакции, метан и водяной пар реагируют в соотношении 1:1. Значит, количество прореагировавшего пара равно количеству прореагировавшего метана:
Δc(H₂O) = Δc(CH₄) = 0,8 моль/л.
Нам дана равновесная концентрация пара [H₂O]_равн = 2,2 моль/л. Чтобы найти исходную концентрацию, нужно к равновесному остатку прибавить то, что израсходовалось:
Y = [H₂O]_исх = [H₂O]_равн + Δc(H₂O) = 2,2 моль/л + 0,8 моль/л = 3,0 моль/л.
Это соответствует варианту 4.

Ответ: X = 2,4 моль/л (3); Y = 3,0 моль/л (4). А → 3, Б → 4.

Источник: ФИПИ

НазадЗадание №23Далее