Chemia - Zbiór zadań CKE, Poziom rozszerzony (Formuła 2015) - Zadanie 51.
Stężeniowa stała równowagi reakcji przebiegającej zgodnie z równaniem:
H2 (g) + CO2 (g) ⇄ CO (g) + H2O (g) ΔHor = 41,17 kJ ⋅ mol-1
w temperaturze 800 K wynosi 0,24.
Do zamkniętego reaktora o stałej objętości wprowadzono 2 mole CO2 i 2 mole H2.
W reaktorze, w którym utrzymywano temperaturę 800 K, ustalił się stan równowagi opisanej
reakcji.
Na podstawie: W. Mizerski, Tablice chemiczne, Warszawa 1997, s. 144.
Określ, czy w temperaturze 400 K stężeniowa stała równowagi opisanej reakcji jest większa, czy mniejsza od 0,24. Odpowiedź uzasadnij.
Rozwiązanie
Przykład poprawnej odpowiedzi
Stężeniowa stała równowagi opisanej reakcji wynosi 0,24 w temperaturze 800 K.
W temperaturze niższej, 400 K, stała równowagi tej reakcji jest mniejsza od 0,24, ponieważ
reakcja ta jest endotermiczna (ΔHor > 0). Im niższa temperatura, tym mniejsza jest wydajność,
a więc stała równowagi, reakcji endotermicznej, a większa – reakcji egzotermicznej.
Wskazówki
Aby móc rozwiązać to zadanie, należy stwierdzić, czy reakcja jest egzo- czy endotermiczna, a więc zinterpretować informację o jej entalpii: Δ Hor = 41,17 kJ ⋅ mol−1. Oznacza to, że ΔHor > 0 , czyli w czasie reakcji energia wewnętrzna układu rośnie – układ pochłania energię na sposób ciepła wtedy, gdy powstają CO i H2O. Im więcej energii układ pochłonie, tym więcej CO i H2O powstanie. Wynika z tego, że w niższej temperaturze – bo 400 K < 800 K – czyli wtedy, gdy układ jest słabiej ogrzewany, powstanie mniej CO i H2O, a więc stała równowagi reakcji będzie mniejsza od 0,24.
Do takiego samego wniosku można dojść, stosując regułę przekory. Zgodnie z nią, układ reaguje na zmianę tak, aby zmianę tę zniwelować. Jeżeli zmiana ta polega na ochłodzeniu, układ będzie się ogrzewał przez zajście w większym stopniu reakcji przebiegającej z wydzieleniem ciepła, czyli tworzenia CO2 i H2, a więc wydajność tworzenia CO i H2O będzie mniejsza, czyli stała równowagi reakcji będzie mniejsza od 0,24.
Odpowiedź w zadaniu można sformułować także, kierując się intuicją, która podpowiada, że reakcja wymagająca dostarczenia ciepła będzie zachodzić w większym stopniu w wyższej temperaturze.
