Chemia - Zbiór zadań CKE, Poziom rozszerzony (Formuła 2015) - Zadanie 6.
Reakcja syntezy amoniaku przebiega zgodnie z równaniem:
N2 (g) + 3H2 (g) ⇄ 2NH3 (g) Δ H = –92,4 kJ
Początkowe stężenia substratów reakcji były równe cN2 = 2 mol · dm−3 , cH2 = 6 mol · dm−3 i przebiegała ona w reaktorze o objętości 1 dm3 w stałej temperaturze T.
Oblicz stężenia H2, N2 i NH3 po osiągnięciu stanu równowagi w temperaturze T, jeżeli ustalił się on po przereagowaniu 30% początkowej ilości wodoru.
Rozwiązanie
Przykład poprawnej odpowiedzi
cN2 = 2 mol · dm−3
cH2 = 6 mol · dm−3
% H2, który przereagował = 30%
V = 1 dm3
[H2], [N2], [NH3]
Rozwiązanie:
Liczba moli H2, który przereagował
x
⸺
30%
x = nH2 = 1,8 mola
Liczba moli N2, który przereagował
nN2 = 13 nH2 = 0,6 mola
Liczba moli NH3, który powstał
nNH3 = 23 nH2 = 1,2 mola
Stężenie H2 po osiągnięciu stanu równowagi
[H2] = (6 – 1,8) mol · dm−3 = 4,2 mol · dm−3
Stężenie N2 po osiągnięciu stanu równowagi
[N2] = (2 – 0,6) mol · dm−3 = 1,4 mol · dm−3
Stężenie NH3 po osiągnięciu stanu równowagi
[NH3] = 1,2 mol · dm−3
Odpowiedź: Stężenia H2, N2 i NH3 po osiągnięciu stanu równowagi wynoszą:
[H2] = 4,2 mol · dm−3,
[N2] = 1,4 mol · dm−3,
[NH3] = 1,2 mol · dm−3.
Wskazówki
W treści zadania zostało podane początkowe stężenie substratów i objętość reaktora. Należy zauważyć, że stosunek molowy reagentów wynosi: nN2 : nH2 : nNH3 = 1 : 3 : 2.
Na początku oblicz (np. z proporcji) liczbę moli wodoru, który wziął udział w reakcji (1,8 mola), wiedząc, że przereagowało 30% początkowej ilości tego substratu. Następnie, pamiętając o stechiometrii reakcji, wyznacz liczbę moli azotu, który wziął udział w reakcji (0,6 mola) i liczbę moli powstałego amoniaku (1,2 mola). Dalej oblicz liczbę moli wodoru (4,2 mola) i azotu (1,4 mola) w stanie równowagi – jako różnicę między początkową liczbą moli substratów a liczbą moli substratów, które wzięły udział w reakcji. Trzeba zauważyć, że liczba moli amoniaku w stanie równowagi jest równa liczbie moli amoniaku, który powstał w wyniku reakcji. Należy przyjąć poprawne zaokrąglenia wyników pośrednich i wyniku końcowego oraz pamiętać o podaniu wyniku z odpowiednią jednostką. Pamiętaj, że wyniki zależą od przyjętych zaokrągleń.
