Równanie reakcji z informacji do zadania:

$\mathrm{CO}{}_{(\mathrm{g})}+\mathrm{H}{}_2\mathrm{O}{}_{(\mathrm{g})}\rightleftarrows \mathrm{CO}{}_2{}_{(\mathrm{g})}+\mathrm{H}{}_2{}_{(\mathrm{g})}$

informuje nas o tym, że substraty i produkty reagują ze sobą w stosunku molowym 1:1. Stężenie początkowe produktów wynosi 0, więc jeżeli planujemy otrzymanie 5 moli wodoru, otrzymamy również 5 moli dwutlenku węgla, a ilości substratów zmniejszą się o 5 moli.

Objętość reaktora wynosi 1 dm³, co upraszcza proces przeliczania ilości moli na stężenia. Skonstruujmy tabelę, która będzie zawierać stężenia reagentów na początku reakcji oraz to jak zmienią się one podczas dążenia do stanu równowagi:

$\mathrm{reagent}$	$\mathrm{C}{}_{\mathrm{pocz}.}[\frac{\mathrm{mol}}{\mathrm{d}{\mathrm{m}}^3}]$	$\mathrm{\Delta C}[\frac{\mathrm{mol}}{\mathrm{d}{\mathrm{m}}^3}]$	$\mathrm{C}{}_{\mathrm{r}\acute{o}\mathrm{wn}.}[\frac{\mathrm{mol}}{\mathrm{d}{\mathrm{m}}^3}]$
$\mathrm{CO}$	x	-5	x-5
$\mathrm{H}{}_2\mathrm{O}$	20	-5	15
$\mathrm{CO}{}_2$	0	+5	5
$\mathrm{H}{}_2$	0	+5	5

gdzie: x- stężenie dodanego tlenku węgla(II) 

Na podstawie powyższego równania reakcji konstruujemy wzór na stężeniową stałą równowagi:

$K=\frac{\left[\mathrm{CO}{}_2]\cdot [\mathrm{H}{}_2\right]}{[\mathrm{CO}]\cdot \left[\mathrm{H}{}_2\mathrm{O}\right]}$

wartość stałej dla temperatury 1200K jest podana w informacji wprowadzającej do zadania i wynosi:

$K=0,7$

Podstawiamy wartości stężeń równowagowych i stałej równowagi do wzoru. Wyliczamy niewiadomą:

$0,7=\frac{5\cdot 5}{15\cdot \left(x-5\right)}$

$0,7=\frac{25}{15x-75}$

$10,5x-52,5=25$

$10,5x=77,5$

$x\approx 7,381[\frac{\mathrm{mol}}{\mathrm{d}{\mathrm{m}}^3}]$

Objętość reaktora wynosi 1 dm³, więc ilość moli znajdująca się w nim to około 7,381 mola. Pozostało nam już tylko przeliczenie tej wartości na gramy, czyli obliczenie masy CO. W tym celu odczytujemy masę molową CO z układu okresowego (M = 28 g/mol) i układamy odpowiednią proporcję:

$\begin{array}{ccc}1\mathrm{mol}& -& 28\mathrm{g}\\ 7,381\mathrm{mol}& -& y\end{array}$

$y=\frac{28\mathrm{g}\cdot 7,381\mathrm{mol}}{1\mathrm{mol}}\approx 206,67\mathrm{g}$

 

Odpowiedź: Do reaktora należy wprowadzić ok. 206,67 g tlenku węgla(II).