Исходные концентрации SO2 и O2 в системе 2SO2 + O2 ↔ 2SO3 составили соответственно 4 моль/л и 2 моль/л, исходное давление было равно 3,039∙105 Па. К моменту равновесия прореагировало 80 % SО2. Найдите равновесные концентрации всех участников реакции, константу равновесия и давление в момент равновесия.

Предыдущий
вопрос Следующий
вопрос

Для начала составим уравнение реакции:

2SO2 + O2 ↔ 2SO3

Изначально имеем:

[SO2] = 4 моль/л
[O2] = 2 моль/л
P = 3,039∙105 Па

Пусть x - количество моль SО2, которое прореагировало к моменту равновесия. Тогда осталось 4 - x моль SО2.

С учетом коэффициентов реакции, количество молей O2 уменьшилось на x моль, а количество молей SO3 увеличилось на 2x моль.

Таким образом, к моменту равновесия имеем:

[SO2] = (4 - x) моль/л
[O2] = (2 - x) моль/л
[SO3] = 2x моль/л

Для нахождения константы равновесия необходимо найти отношение произведения концентраций продуктов реакции к произведению концентраций реагентов в степенях их коэффициентов:

Kc = [SO3]^2 / [SO2]^2 * [O2]

Kc = (2x)^2 / ((4 - x)^2 * (2 - x))

Kc = 4x^2 / (16 - 8x + x^2)(2 - x)

Теперь найдем x. Из условия задачи известно, что прореагировало 80% SО2, то есть x = 0.8*4 = 3.2 моль.

Подставим x = 3.2 в уравнение для Kc:

Kc = 4(3.2)^2 / (16 - 83.2 + (3.2)^2)(2 - 3.2)
Kc = 41.6 / ((16 - 25.6 + 10.24)(-1.2))
Kc = 41.6 / ((0.64)(-1.2))
Kc = 41.6 / -0.768
Kc ≈ -54.17

Теперь найдем концентрации всех участников реакции при равновесии:

[SO2] = 4 - 3.2 = 0.8 моль/л
[O2] = 2 - 3.2 = -1.2 моль/л (так как O2 должен быть положительным, это означает, что O2 израсходован полностью)
[SO3] = 2*3.2 = 6.4 моль/л

Давление в момент равновесия вычисляется по формуле:

P = RT(n/V)

где n - количество молей газа, V - объем реакционной смеси в литрах, R - универсальная газовая постоянная (8.31 Дж/(моль К)), T - температура в Кельвинах.

Подставим значения:

P = 8.31 (273+25) (0.8 + 6.4 - 1.2) / V

P = 8.31 298 5 / V
P = 12397.7 / V

Таким образом, равновесные концентрации и давление в момент равновесия равны:

[SO2] = 0.8 моль/л
[O2] = 0
[SO3] = 6.4 моль/л
Kc ≈ -54.17
P = 12397.7 / V, где V - объем реакционной смеси.