Question

Вычислить начальную концентрацию азота и водорода (моль/л), если в системе N2+H2=NH3 равновесие установилось при [N2]=0,2 моль/л, [H2]=0,3 моль/л, [NH3]=0,4 моль/л.

Answer 1

Запишем уравнение реакций синтеза аммиака ( NH3).

N2+3H2= 2NH3

Определяем константу равновесия этой реакций по формуле:7

K= _[NH³]²____________

      [N²]*[H²]³

Рассчитаем константу равновесия

K= ( 0,4)²/0,2*(0,3)³= 2,16

0,4:2=0,2 ( на образование 0,4 моль аммиака ( NH³) потребовалось 0,2 моль азота N².

C (N²)=0,2+0,2=0,4 моль/л ( первоначальная концентрация азота)

На образование 2 моль аммиака ( NH³) необходимо исрасходовать 3 моль водорода ( H²), а для получения 0,4 моль аммиака (NH³) требуеться 3*0,4/2= 0,6 моль

Учитывая равновесную концентрацию водорода ( H²), находим его первоначальную концентрацию.

C ( H²)=0,3+0,6=0,9 моль/л ( это и будет начальная концентрация водорода )

Ответ: Равновесная концентрация азота (N²) равна 0,4 моль/л

(H²) равна 0,9 моль/л.

Answer 2

Для решения этой задачи мы можем использовать уравнение равновесия для реакции, которая описывает образование аммиака (NH3) из азота (N2) и водорода (H2). Реакция выглядит следующим образом:

\[ N_2(g) + 3H_2(g) \rightleftharpoons 2NH_3(g) \]

Коэффициенты перед веществами в уравнении говорят о том, что для каждого моль азота требуется три моля водорода для образования двух молей аммиака.

При установившемся равновесии концентрации составляют:

\[ [N_2] = 0.2 \, \text{моль/л} \] \[ [H_2] = 0.3 \, \text{моль/л} \] \[ [NH_3] = 0.4 \, \text{моль/л} \]

Сначала определим \( Q_c \), который представляет собой отношение концентраций реагентов и продуктов в данной точке равновесия:

\[ Q_c = \frac{[NH_3]^2}{[N_2][H_2]^3} \]

Подставим известные значения:

\[ Q_c = \frac{(0.4 \, \text{моль/л})^2}{(0.2 \, \text{моль/л})(0.3 \, \text{моль/л})^3} \] \[ Q_c = \frac{0.16 \, \text{моль}^2/\text{л}^2}{0.018 \, \text{моль}^4/\text{л}^4} \] \[ Q_c ≈ 8.89 \, \text{л/моль}^2 \]

Теперь, так как \( Q_c \) больше, чем константа равновесия \( K_c \) для данной реакции, система будет сдвинута влево, в сторону реагентов, чтобы установить новое равновесие. Это означает, что реакция идет в обратную сторону, образуя больше азота и водорода.

Для реакции \( N_2(g) + 3H_2(g) \rightleftharpoons 2NH_3(g) \) константа равновесия \( K_c \) определяется следующим образом:

\[ K_c = \frac{[NH_3]^2}{[N_2][H_2]^3} \]

Теперь, чтобы найти начальные концентрации азота и водорода, мы можем воспользоваться уравнением равновесия и известным значением константы равновесия:

\[ K_c = \frac{(0.4 \, \text{моль/л})^2}{(x \, \text{моль/л})(3x \, \text{моль/л})^3} \]

Здесь \( x \) - начальная концентрация азота (в моль/л). Решив это уравнение относительно \( x \), мы найдем начальную концентрацию азота. После того, как найдена начальная концентрация азота, начальная концентрация водорода будет \( 3x \).

\[ K_c = \frac{0.16 \, \text{моль}^2/\text{л}^2}{27x^4} \]

\[ 0.16 = 27x^4K_c \]

Теперь подставим известные значения:

\[ 0.16 = 27x^4 \times 8.89 \]

\[ 0.16 = 240.03x^4 \]

\[ x^4 ≈ 0.0006665 \]

\[ x ≈ \sqrt[4]{0.0006665} \]

\[ x ≈ 0.268 \, \text{моль/л} \]

Таким образом, начальная концентрация азота составляет приблизительно \( 0.268 \, \text{моль/л} \), а начальная концентрация водорода будет \( 3x ≈ 0.804 \, \text{моль/л} \).