Chemia - Matura Czerwiec 2024, Poziom rozszerzony (Formuła 2015) - Zadanie 7.

Kategoria: Stan równowagi Typ: Oblicz

Reakcja tlenku węgla(IV) z wodorem przebiega zgodnie z równaniem:

CO2 (g) + H2 (g) ⇄ CO (g) + H2O (g)

W tabeli przedstawiono wartości stężeniowej stałej równowagi Kc tej reakcji w wybranych temperaturach.

Temperatura, K 400 600 800 1000
Stała równowagi 6,47 ∙ 10–4 3,54 ∙ 10–2 2,37 ∙ 10–1 6,97 ∙ 10–1
Na podstawie: W. Mizerski, Tablice chemiczne, Warszawa 2013.

Do reaktora o stałej pojemności wprowadzono 10 moli tlenku węgla(IV) i 5 moli wodoru. Reaktor zamknięto i w temperaturze 800 K zainicjowano reakcję. Po pewnym czasie układ osiągnął stan równowagi.

Oblicz stosunek molowy tlenku węgla(IV) do wodoru w reaktorze po ustaleniu się stanu równowagi w temperaturze 800 K.

Rozwiązanie

Zasady oceniania
2 pkt – zastosowanie poprawnej metody, poprawne wykonanie obliczeń oraz podanie poprawnego wyniku.
1 pkt – zastosowanie poprawnej metody, ale popełnienie błędów rachunkowych prowadzących do błędnego wyniku liczbowego.
ALBO
– poprawne obliczenie wartości liczby moli CO2 i H2 w stanie równowagi.
0 pkt – zastosowanie błędnej metody obliczenia albo brak rozwiązania.

Uwaga: Należy zwrócić uwagę na zależność wyniku liczbowego od przyjętych zaokrągleń.

Przykładowe rozwiązanie
nCO2 = 10 mol i nH2 = 5 mol
W temperaturze 800 K stała równowagi 𝐾c = 0,237
V = const ⟹ stosunki molowe są równe stosunkom stężenia molowego.

Substancja Początkowa liczba moli Zmiana liczby moli Równowagowa liczba moli
CO2 10 – 𝑥 10 – 𝑥
H2 5 – 𝑥 5 – 𝑥
CO 0 + 𝑥 𝑥
H2O 0 + 𝑥 𝑥

𝐾c = [CO][H2O][CO2][H2] = 𝑥2(10 – 𝑥)(5 – 𝑥) = 0,237 ⟹
𝑥 = 2,248 mol ⟹ liczba moli w stanie równowagi:
𝑛rCO2 = 10 – 2,248 = 7,752 mol
𝑛rH2 = 5 – 2,248 = 2,752 mol ⟹

stosunek liczby moli nCO2 : nH2 = 7,7522,752 = 2,8 ALBO 31 : 11 ALBO 14 : 5