I.

Wzrost temperatury spowoduje wzrost wydajności opisanej reakcji przy stałym ciśnieniu, ponieważ dla reakcji endoenergetycznych wzrost temperatury przesuwa równowagę reakcji w prawo, co skutkuje wzrostem wydajności.
Wzrost ciśnienia spowoduje spadek wydajności opisanej reakcji, ponieważ sumaryczna liczba moli gazowych produktów jest większa niż sumaryczna liczba moli gazowych substratów co zgodnie z regułą przekory powoduje spadek wydajności przy wzroście ciśnienia.

II.

1. Warunki sprzyjające dużej szybkości reakcji: I, II, III
2. Warunki sprzyjające dużej wydajności reakcji: I, IV

III.

Korzystając z równania Clapeyrona:

$pV=nRT$

gdzie:

p - ciśnienie [hPa]
v - objętość [dm³]
n - liczba moli gazu [mol]
R - stała gazowa [hpa ⋅ dm³ ⋅ mol^-1 ⋅ K^-1]
T - temperatura [K]

obliczmy liczbę moli metanu w próbce o objętości 1 m³ pod ciśnieniem 3⋅10⁴ hPa w temperaturze 1070 K:

$n=\frac{pV}{RT}$

$n_{\mathrm{CH}{}_4}=\frac{3\cdot 10^4\mathrm{hPa}\cdot 1000\mathrm{d}{\mathrm{m}}^3}{83,1\mathrm{hpa}\cdot \mathrm{d}{\mathrm{m}}^3\cdot \mathrm{mo}{\mathrm{l}}^{-1}\cdot {\mathrm{K}}^{-1}\cdot 1070\mathrm{K}}$
$n_{\mathrm{CH}{}_4}=337,23\mathrm{mol}$

Zgodnie z równaniem reakcji:

$\mathrm{CH}{}_4+\mathrm{H}{}_2\mathrm{O}\rightleftarrows \mathrm{CO}+3\mathrm{H}{}_2$

wodoru powstaje 3-krotnie więcej moli niż użytego metanu, zatem:

$n_{\mathrm{H}{}_2}=3\cdot 337,23\mathrm{mol}=1011,69\mathrm{mol}$

Wydajność reakcji wynosi 95% zatem rzeczywista liczba moli wodoru wynosi:

$n_{\mathrm{H}{}_2\text{rzeczywista}}=1011,69\mathrm{mol}\cdot 95\%=961,11\mathrm{mol}$

W warunkach normalnych 1 mol gazu zajmuje 22,4 m³, zatem objętość wodoru w tych warunkach będzie równa:

$V_{\mathrm{H}{}_2}=961,11\mathrm{mol}\cdot 22,4\frac{\mathrm{d}{\mathrm{m}}^3}{\mathrm{mol}}$
$V_{\mathrm{H}{}_2}=21528,9\mathrm{d}{\mathrm{m}}^3\approx 21,5{\mathrm{m}}^3$

Odpowiedź. Wodór zajmie w tych warunkach objętość równą 21,5 m³.

 

---

Wyjaśnienie:

Wzrost temperatury zawsze zwiększa szybkość reakcji. 

Katalizator zwiększa szybkość reakcji lecz nie wpływa na jej wydajność.