Chemia - Matura Czerwiec 2024, Poziom rozszerzony (Formuła 2023) - Zadanie 9.
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 |
Do reaktora o stałej pojemności wprowadzono 10 moli tlenku węgla(IV) i 5,0 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
