Question

Как изменится давление в системе 2( ) + 3 2() <->2NH3(P), если начальные концентрации азота и водорода в системе были соответственно равны 0,2 и 0,6 моль/л, а к моменту наступления равновесия прореагировало 20% азота? Определите константу равновесия в данной системе при этих условиях.

Answer 1

Дано:

[N₂]исх. = 0,2 моль/л

[H₂]исх. = 0,6 моль/л

ω(прореаг.)(N₂) = 20%

-----------------------------------------

Найти:

P - ?

Kравн. - ?

Решение:

1) Для начала мы запишем уравнение реакций из условия задачи:

N₂(г.) + 3H₂(г.) ⇄ 2NH₃(г.)

2) Далее находим концентрацию прореагировавшего азота:

[N₂]пр. = ([N₂]исх. × ω(прореаг.)(N₂)) / 100% = (0,2 моль/л × 20%) / 100% = 0,2 моль/л × 0,2 = 0,04 моль

3) Теперь находим концентрации прореагировавшего водорода образовавшегося и аммиака, из уравнения реакции при составлений пропорций:

0,04 моль/л      x моль/л             у моль/л

    N₂(г.)      +       3H₂(г.)      ⇄       2NH₃(г.)

   1 моль            3 моль                 2 моль

[H₂]пр. = x = (0,04 моль/л × 3 моль) / 1 моль = 0,04 моль/л × 3 = 0,12 моль/л

[NH₃]об. = y = (0,04 моль/л × 2 моль) / 1 моль = 0,04 моль/л × 2 = 0,08 моль/л

4) Далее находим концентрации равновесия у азота, водорода и аммиака:

[N₂]равн. = [N₂]исх. - [N₂]пр. = 0,2 моль/л - 0,04 моль/л = 0,16 моль/л

[H₂]равн. = [H₂]исх. - [H₂]пр. = 0,6 моль/л - 0,12 моль/л = 0,48 моль/л

[NH₃]равн. = [NH₃]об. = 0,08 моль/л

5) Теперь находим констант равновесия:

Kравн. = ([NH₃]равн.)² / ([N₂]равн. × ([H₂]равн.)³) = 0,8² / (0,16 × 0,48³) ≈ 0,0064 / (0,16 × 0,11) ≈ 0,0064 / 0,0176 ≈ 0,36

6) Далее мы находим концентраций водорода и азота прореагировавших:

[N₂ + H₂]пр. = [N₂]пр. + [H₂]пр. = 0,04 моль/л + 0,012 моль/л = 0,052 моль/л

7) По уравнению реакций, из 4 моль газа (у азота с водородом) образуется 2 моль у аммиака, тогда получаем:

[NH₃]исх. = 2[N₂ + H₂]пр. / 4 = 2×0,052 моль/л / 4 = 0,104 моль/л / 4 = 0,026 моль/л

8) Далее мы находим концентрацию оставшейся смеси газов :

[смеси] = [N₂]исх. + [H₂]исх. - [NH₃]исх. = 0,2 моль/л + 0,6 моль/л - 0,026 моль/л = 0,8 моль/л - 0,026 моль/л = 0,774 моль/л

9) Из уравнения Менделеева-Клапейрона:

P = n×R×Т / V = Cm × R × T , где Т, R = const , следовательно:

P(равн.)/P(нач.) = [смеси] / ([N₂]исх. + [H₂]исх.)

P(равн.)/P(нач.) = 0,774 моль/л / (0,2 моль/л + 0,6 моль/л) = 0,774 моль/л / 0,8 моль/л = 0,9675 ≈ 0,97 , отсюда:

P(равн.) = 0,97×P(нач.) ⇒ P(нач.) = P(равн.)/0,97 = 1 / 0,97 ≈ 1,03 ⇒ Давление уменьшится в 1,03 раза

Ответ: Давление уменьшится в 1,03 раза ;

            Kравн. = 0,36

Решено от : $DK954$

Answer 2

Для решения этой задачи мы можем использовать принцип Ле Шателье и выразить константу равновесия (Kp) через концентрации веществ в системе. Уравнение химической реакции:

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

Изначально у нас концентрации азота и водорода равны 0,2 моль/л и 0,6 моль/л соответственно. Пусть \( x \) - это изменение концентрации азота при наступлении равновесия. Тогда после реакции у нас будет:

\[ [N_2] = 0,2 - 0,2x \]

\[ [H_2] = 0,6 - 0,6x \]

\[ [NH_3] = 2x \]

Согласно условиям задачи, 20% азота прореагировало, что означает, что \( x \) равно 0,2 (20% от 1). Таким образом, концентрации после реакции будут:

\[ [N_2] = 0,2 - 0,2 \cdot 0,2 = 0,16 \]

\[ [H_2] = 0,6 - 0,6 \cdot 0,2 = 0,48 \]

\[ [NH_3] = 2 \cdot 0,2 = 0,4 \]

Теперь мы можем использовать эти значения, чтобы вычислить константу равновесия (Kp). Уравнение для Kp выглядит следующим образом:

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

Подставим значения:

\[ Kp = \frac{0,4^2}{0,16 \cdot 0,48^3} \]

\[ Kp = \frac{0,16}{0,16 \cdot 0,11} \]

\[ Kp \approx \frac{0,16}{0,0176} \]

\[ Kp \approx 9,09 \]

Таким образом, константа равновесия (Kp) в данной системе при данных условиях равна приблизительно 9,09.