Równanie reakcji: $\mathrm{CO}(\mathrm{g})+\mathrm{H}{}_2\mathrm{O}(\mathrm{g})\rightleftarrows \mathrm{CO}{}_2(\mathrm{g})+\mathrm{H}{}_2(\mathrm{g})$

Wyrażenia na stałą równowagi: $K=\frac{\left[\mathrm{CO}{}_2\right]\left[\mathrm{H}{}_2\right]}{\left[\mathrm{CO}\right]\left[\mathrm{H}{}_2\mathrm{O}\right]}=9$

Do rozwiązania zadania najlepiej sporządzić tabelkę zawierającą stężenia początkowe reagentów, zmiany stężenia oraz stężenie w stanie równowagi:

Substancja	$C_{pocz.}$	$\Delta C$	$C_{r\acute{o}w.}$
CO
H2O
CO2
H2

C_pocz. - stężenie molowe substancji przed rozpoczęciem reakcji (gdy w zadaniu nie podano objętości naczynia reakcyjnego, to przyjmując że jest ona równa 1 dm³ liczba moli reagenta jest równa jego stężeniu molowemu)

ΔC - zmiana stężenia molowego substancji w związku z zachodzeniem reakcji i osiągnięciem stanu równowagi (-x dla substratów, +x dla produktów; liczba stojąca przy x jest taka sama co współczynnik stechiometryczny występujący w równaniu reakcji przy danej substancji)

C_rów. - stężenie substancji w stanie równowagi

 

Warto zwrócić uwagę, że do reakcji poza parą wodną, użyto nie czystego CO, lecz mieszaniny CO z H₂. W skutek tego, stężenie początkowe H₂ nie będzie równe 0.

Substancja	$C_{pocz.}$	$\Delta C$	$C_{r\acute{o}w.}$
CO	a	-x	a-x = 0,3
H2O	b	-x	b-x
CO2	0	+x	0+x = 6,3
H2	c	+x	c+x = 12,9

 

Dzięki danym dla CO₂ znamy wartość x, wynosi ona:

$x=6,3\frac{\mathrm{mol}}{\mathrm{d}{\mathrm{m}}^3}$

Stężenie pary wodnej w stanie równowagi można zapisać następującym wyrażeniem:

${\left[\mathrm{H}{}_2\mathrm{O}\right]}_{\text{roˊw}}=b-6,3$

Podstawmy wartości stężeń równowagowych do wyrażenia na K:

$K=\frac{\left[\mathrm{CO}{}_2\right]\left[\mathrm{H}{}_2\right]}{\left[\mathrm{CO}\right]\left[\mathrm{H}{}_2\mathrm{O}\right]}=9$

$9=\frac{6,3\cdot 12,9}{0,3\cdot \left(b-6,3\right)}$

$9\cdot \left(0,3b-1,89\right)=81,27$

$2,7b=98,28$

$b=36,4\frac{\mathrm{mol}}{\mathrm{d}{\mathrm{m}}^3}$

Stężenie pary wodnej w stanie równowagi jest równe:

${\left[\mathrm{H}{}_2\mathrm{O}\right]}_{\text{roˊw}}=b-6,3$

${\left[\mathrm{H}{}_2\mathrm{O}\right]}_{\text{roˊw}}=36,4-6,3$

${\left[\mathrm{H}{}_2\mathrm{O}\right]}_{\text{roˊw}}=30,1\frac{\mathrm{mol}}{\mathrm{d}{\mathrm{m}}^3}$

Odpowiedź. Stężenie równowagowe pary wodnej wynosi 30,1 mol/dm³.

 

---

Wyjaśnienie:

Wyrażenie na stałą równowagi K to iloczyn stężeń produktów podzielony przez iloczyn stężeń substratów w stanie równowagi. Stężenie każdego z reagentów jest podniesione do potęgi, odpowiadającej współczynnikowi stechiometrycznemu w równaniu reakcji. Jeżeli w reakcji biorą udział substancje występujące w różnych stanach skupienia, to w wyrażeniu na stałą równowagi występują jedynie stężenia reagentów znajdujących się w najmniej skondensowanym stanie skupienia, np. jeżeli w równaniu występuje ciało stałe, ciecz i gaz to w wyrażeniu na K występuje jedynie stężenie gazowego reagenta.