1) Изменением каких факторов (Р, С, Т) можно сместить химиче-ское равновесие системы (1) вправо, а системы...

1) Сдвиг химического равновесия

Для оценки влияния различных факторов (давление, концентрация, температура) на смещение химического равновесия рассмотрим два процесса:

Система (1): [ \text{С(тв)} + \text{H}_2\text{O(п)} \leftrightarrow \text{CO(г)} + \text{H}_2\text{(г)}, \quad \Delta H = 130 \, \text{кДж} ]

Система (2): [ 3\text{Fe}_2\text{O}_3(тв) + \text{H}_2(г) \leftrightarrow \text{Fe}_3\text{O}_4(тв) + \text{H}_2\text{O(п)} ]

Система (1)

1. Температура (Т): Учитывая, что реакция эндотермическая ((\Delta H > 0)), увеличение температуры сместит равновесие вправо, к образованию продуктов (CO и H₂). Понижение температуры, наоборот, приведет к сдвигу влево, к исходным веществам.

2. Давление (Р): В данной реакции число молей газов на правой стороне (1 + 1 = 2 моль) больше, чем на левой стороне (0 моль, поскольку твердые вещества и вода в паре не учитываются). Увеличение давления будет способствовать смещению равновесия влево, а уменьшение — вправо.

3. Концентрация (С): Увеличение концентрации H₂O (п) сместит равновесие вправо, а увеличение концентрации CO или H₂ — влево.

Система (2)

1. Температура (Т): Эта реакция является экзотермической (так как образуется меньшее количество газа), следовательно, повышение температуры сместит равновесие влево, к исходным реагентам (Fe₂O₃ и H₂), а понижение температуры — вправо, к образованию продуктов (Fe₃O₄ и H₂O).

2. Давление (Р): В данной реакции на левой стороне 3 моль газа (из 3Fe₂O₃) и 1 моль газа (H₂), что в сумме дает 4 моля, а на правой стороне 1 моль (Fe₃O₄) и 1 моль (H₂O), что в сумме дает 2 моль. Увеличение давления сместит равновесие вправо, а понижение — влево.

3. Концентрация (С): Увеличение концентрации H₂ (г) будет способствовать смещению равновесия вправо, а увеличение концентрации Fe₃O₄ или H₂O — влево.

2) Определение константы равновесия

Для реакции: [ \text{N}_2\text{O}_4 \leftrightarrow 2\text{NO}_2 ]

Начальная концентрация N₂O₄ = 0,08 моль/л, и она диссоциировала на 50%.

1. Определим количество диссоциировавшего N₂O₄: [ \text{Концентрация диссоциировавшего N}_2\text{O}_4 = 0.5 \times 0.08 = 0.04 \, \text{моль/л} ]

2. Концентрация в равновесии:

   • Концентрация N₂O₄ в равновесии: [ [N_2O_4]_{eq} = 0.08 - 0.04 = 0.04 \, \text{моль/л} ]
   • Концентрация NO₂ в равновесии (поскольку образуется 2 моль NO₂ на 1 моль N₂O₄): [ [NO_2]_{eq} = 2 \times 0.04 = 0.08 \, \text{моль/л} ]

3. Константа равновесия (K): [ K = \frac{[NO_2]^2}{[N_2O_4]} = \frac{(0.08)^2}{0.04} = \frac{0.0064}{0.04} = 0.16 ]

Таким образом, константа равновесия K для данной реакции равна 0,16.

Часть 1. Изменение факторов (Р, С, Т) для смещения равновесия

Система (1):

С(тв) + H₂O(п) ↔ CO(г) + H₂(г), ΔH = +130 кДж

• Температура (Т):
  Реакция эндотермическая (ΔH > 0), то есть тепло поглощается в ходе прямой реакции.
  При повышении температуры равновесие смещается в сторону прямой реакции (вправо), чтобы компенсировать добавленное тепло.
  При понижении температуры равновесие смещается в сторону обратной реакции (влево), чтобы выделить тепло.

• Давление (Р):
  В реакцию участвуют газы, и при изменении давления нужно учитывать количество газообразных молекул:

  • В левой части: 0 молекул газа.
  • В правой части: 2 молекулы газа (CO и H₂).
    Увеличение давления смещает равновесие в сторону уменьшения числа газообразных молекул, то есть влево.
    Уменьшение давления смещает равновесие в сторону увеличения числа газообразных молекул, то есть вправо.

• Концентрация (С):
  Если увеличивать концентрацию H₂O (пара), равновесие сместится вправо, чтобы уменьшить избыток реагента.
  Если увеличивать концентрацию продуктов (CO или H₂), равновесие сместится влево.

Вывод для смещения вправо (системы 1):

• Повышение температуры.
• Уменьшение давления.
• Увеличение концентрации H₂O.

Система (2):

3Fe₂O₃(тв) + H₂(г) ↔ Fe₃O₄(тв) + H₂O(п)

В реакции участвуют твёрдые вещества, их концентрация не влияет на равновесие.

• Температура (Т):
  Тепловой эффект реакции не указан, поэтому влияние температуры на смещение равновесия не рассматривается.

• Давление (Р):
  В реакцию участвуют газы:

  • В левой части: 1 молекула газа (H₂).
  • В правой части: 1 молекула газа (H₂O).
    Число газообразных молекул одинаково, поэтому изменение давления не влияет на положение равновесия.

• Концентрация (С):
  Если увеличивать концентрацию H₂ (газа), равновесие сместится вправо, чтобы уменьшить избыток реагента.
  Если увеличивать концентрацию H₂O, равновесие сместится влево.

Вывод для смещения влево (системы 2):

• Увеличение концентрации H₂O.

Часть 2. Нахождение константы равновесия

Реакция: N₂O₄ ↔ 2NO₂

Начальная концентрация N₂O₄: [N₂O₄]₀ = 0,08 моль/л
К моменту равновесия продиссоциировало 50% N₂O₄, то есть:
Количество диссоциированного N₂O₄ = 0,08 × 0,5 = 0,04 моль/л.

Концентрации веществ в равновесии:

• [N₂O₄] равновесное = [N₂O₄]₀ - диссоциированное = 0,08 - 0,04 = 0,04 моль/л.
• [NO₂] равновесное = 2 × количество диссоциированного N₂O₄ = 2 × 0,04 = 0,08 моль/л.

Формула для константы равновесия ( K_c ):

[ K_c = \frac{[NO_2]^2}{[N_2O_4]} ]

Подставляем значения:
[ K_c = \frac{(0,08)^2}{0,04} = \frac{0,0064}{0,04} = 0,16 ]

Ответ: ( K_c = 0,16 ).

1) Для системы (1) ( \text{С(тв)} + \text{H}_2\text{O(п)} \leftrightarrow \text{CO(г)} + \text{H}_2\text{(г)} ) сместить равновесие вправо можно, увеличив температуру (реакция эндотермическая, ΔH = 130 кДж). Для системы (2) ( 3\text{Fe}_2\text{O}_3(тв) + \text{H}_2(г) \leftrightarrow \text{Fe}_3\text{O}_4(тв) + \text{H}_2\text{O(п)} ) сместить равновесие влево можно, увеличив концентрацию продуктов (Fe3O4 или H2O) или понизив температуру.

2) Для реакции ( \text{N}_2\text{O}_4 \leftrightarrow 2\text{NO}_2 ) начальная концентрация N2O4 равна 0,08 моль/л. При диссоциации 50% N2O4 остается 0,04 моль/л N2O4 и образуется 0,08 моль/л NO2. Концентрации на равновесии: [N2O4] = 0,04 моль/л, [NO2] = 0,08 моль/л. Константа равновесия ( K ) равна:

[ K = \frac{[\text{NO}_2]^2}{[\text{N}_2\text{O}_4]} = \frac{(0,08)^2}{0,04} = 0,16. ]