При синтезе аммиака (NH₃) равновесие установилось при следующих концентрациях реагирующих веществ: [N₂] = 2,5 моль/л, [H₂] = 1,8 моль/л, [NH₃] = 3,6 моль/л. Рассчитайте константу равновесия этой реакции и исходные концентрации азота (N₂) и водорода (H₂).

Решение задачи

Запишем уравнение реакции синтеза аммиака (NH₃):

Константа химического равновесия (K) – отношение констант скоростей прямой и обратной реакций.

Определяем константу равновесия этой реакции по формуле:

Где:

K – константа химического равновесия;

[N₂], [H₂], [NH₃] – равновесные концентрации соответственно азота, водорода, аммиака, моль/л.

Рассчитаем константу равновесия, получаем:

K = (3,6)² /2,5 ⋅ (1,8)³ = 0,89.

Исходные концентрации азота (N₂) и водорода (H₂) находим на основе уравнения реакции. На образование 2 моль аммиака (NH₃) расходуется 1 моль азота (N₂), а на образование 3,6 моль аммиака (NH₃) потребовалось 3,6 /2 = 1,8 моль азота (N₂).

Учитывая равновесную концентрацию азота (N₂), находим его первоначальную концентрацию:

С (N₂) = 2,5 + 1,8 = 4,3 (моль/л).

На образование 2 моль аммиака (NH₃) необходимо израсходовать 3 моль водорода (H₂), а для получения 3,6 моль аммиака (NH₃) требуется 3 ⋅ 3,6 /2 = 5,4 моль.

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

С (H₂) = 1,8 + 5,4 = 7,2 (моль/л).

Таким образом, реакция начиналась при концентрациях : С (N₂) = 4,3 (моль/л), С (H₂) = 7,2 (моль/л).

Ответ:

исходная концентрация азота (N₂) равна 4,3 моль/л;

исходная концентрация водорода (H₂) равна 7,2 моль/л.