Objętość reaktora jest stała i wynosi 1 dm3, dzięki temu wiemy, że liczby moli reagentów i ich stężenia są co do wartości równe.

W reaktorze zaszła reakcja:

$\mathrm{X}{}_{\text{(g)}}+\mathrm{Y}{}_{\text{(g)}}\rightleftarrows \mathrm{Z}{}_{\text{(g)}}+\mathrm{W}{}_{\text{(g)}}$

Na podstawie powyższych danych oraz stechiometrii równania zachodzącej reakcji konstruujemy tabelę, która zbiera informacje o początkowych stężeniach reagentów oraz o tym jak zmieniały się one podczas dążenia układu do stanu równowagi.

Uwzględniamy w niej, że stosunek molowy substancji X do Y wynosi 1:2, a więc zakładamy, że ich początkowe stężenia molowe będą wynosić odpowiednio a i 2a:

reagent	c0 [mol/dm3]	Δc [mol/dm3]	crówn. [mol/dm3]
X	a	-x	a-x
Y	2a	-x	2a-x
Z	0	+x	x
W	0	+x	4

gdzie:

c₀ - początkowe stężenia reagentów,

Δc - zmiana stężeń podczas dążenia układu do stanu równowagi,

c_równ. - stężenia reagentów w stanie równowagi.

Wyznaczamy parametr x na podstawie znajomości równowagowego stężenia W:

$x=4\left[\frac{\mathrm{mol}}{\mathrm{d}{\mathrm{m}}^3}\right]$

Aktualizujemy tabelę:

reagent	c0 [mol/dm3]	Δc [mol/dm3]	crówn. [mol/dm3]
X	a	-4	a-4
Y	2a	-4	2a-4
Z	0	+4	4
W	0	+4	4

Wzór na stężeniową stałą równowagi reakcji:

$\mathrm{X}{}_{\text{(g)}}+\mathrm{Y}{}_{\text{(g)}}\rightleftarrows \mathrm{Z}{}_{\text{(g)}}+\mathrm{W}{}_{\text{(g)}}$

przyjmuje postać:

$\mathrm{K}{}_c=\frac{\left[\mathrm{W}\right]\cdot \left[\mathrm{Z}\right]}{\left[\mathrm{X}\right]\cdot \left[\mathrm{Y}\right]}$

Jej wartość w omawianych warunkach wynosi:

$\mathrm{K}{}_c=1$

Wyznaczamy wartość parametru a podstawiając do wzoru wyrażenia na równowagowe stężenia reagentów:

$1=\frac{4\cdot 4}{\left(a-4\right)\cdot \left(2a-4\right)}$

$1=\frac{16}{2a^2-12a+16}$

$2a^2-12a+16=16$

$2a^2-12a=0$

$a\left(2a^{}-12\right)=0$

$a=0\vee 2a=12$

Stężenie początkowe substratów nie mogło wynosić zero zatem:

$a=6\left[\frac{\mathrm{mol}}{\mathrm{d}{\mathrm{m}}^3}\right]$

Aktualizujemy tabelę:

reagent	c0 [mol/dm3]	Δc [mol/dm3]	crówn. [mol/dm3]
X	6	-4	2
Y	12	-4	8
Z	0	+4	4
W	0	+4	4

 

Odpowiedź: Do reaktora na początku wprowadzono 6 mol substratu X.