Химическое равновесие реакции CO₂ + H₂ = CO + H₂O установилось при следующих концентрациях реагирующих веществ (моль/л): С (CO₂) = 7; С (H₂) = 5; С (CO) = 10; С (H₂O) = 14. Равновесие системы было нарушено из-за уменьшения концентрации H₂O до 11 моль/л. Вычислите равновесные концентрации веществ после сдвига равновесия.

Решение задачи

Уравнение реакции имеет вид:

Из условия задачи видно, что при уменьшении концентрации H₂O равновесие системы сместилось в сторону прямой реакции. Смещение равновесия системы вызвало уменьшение концентраций CO₂ и H₂ и увеличение концентраций CO и H₂O. Все вещества в данной реакции реагируют в одинаковом соотношении, поэтому изменение концентраций всех реагирующих веществ обозначим через х моль/л.

После смещения равновесия новые равновесные концентрации реагирующих веществ стали, моль/л: С (CO₂) = 7 — х; С (H₂) = 5 — х; С (CO) = 10 + х; С (H₂O) = 11 + х.

Константа равновесия данной реакции равна:

Получаем:

К_С = 10 ⋅ 14 /7 ⋅ 5 = 4

Используя значение К_С, получаем:

4 = (10 + х) ⋅ (11 + х) /(7 — х) ⋅ (5 — х);

140 – 48х + х² = 110 + 21х + х²

30 – 69х + 3х² = 0

х² -23х + 10 = 0

Первое значение х отбрасываем, так как уменьшение концентраций CO₂ и H₂ не может быть большим, чем исходные концентрации этих веществ. Искомое значение: х = 0,44 моль/л.

Вычислите равновесные концентрации веществ. После смещения равновесия новые равновесные концентрации реагирующих веществ стали следующие (моль/л):

С (CO₂) = 7 – 0,44 = 6,56 (моль/л);

С (H₂) = 5 – 0,44 = 4,56 (моль/л);

С (CO) = 10 + 0,44 = 10,44 (моль/л);

С (H₂O) = 11 + 0,44 = 11,44 (моль/л).

Ответ:

равновесная концентрация CO₂ стала 6,56 моль/л;

равновесная концентрация H₂ стала 4,56 моль/л;

равновесная концентрация COстала 10,44 моль/л;

равновесная концентрация H₂Oстала 11,44 моль/л.