Номер 1192, страница 185 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

1992. В системе установилось химическое равновесие:

$ \text{CO}_2 + \text{H}_2 \rightleftharpoons \text{CO} + \text{H}_2\text{O}. $

Как нужно изменить условия протекания реакции (давление, температуру), чтобы сместить равновесие вправо?

Для определения условий, смещающих химическое равновесие вправо для реакции $CO_2 + H_2 \rightleftharpoons CO + H_2O$, необходимо применить принцип Ле Шателье и проанализировать влияние каждого фактора (давления и температуры) на систему.

Давление

Согласно принципу Ле Шателье, изменение общего давления в системе влияет на положение равновесия только в том случае, если реакция протекает с изменением числа молей газообразных веществ. Рассчитаем количество молей газов в левой и правой частях уравнения:

Сумма молей газов-реагентов: $v_{реагентов} = v(CO_2) + v(H_2) = 1 + 1 = 2$ моль.

Сумма молей газов-продуктов: $v_{продуктов} = v(CO) + v(H_2O) = 1 + 1 = 2$ моль.

Так как число молей газообразных веществ в ходе реакции не изменяется ($v_{реагентов} = v_{продуктов}$), то изменение давления не будет смещать равновесие данной реакции ни вправо, ни влево.

Температура

Согласно принципу Ле Шателье, при повышении температуры равновесие смещается в сторону эндотермической реакции (реакции, идущей с поглощением теплоты, $\Delta H > 0$), а при понижении — в сторону экзотермической реакции (идущей с выделением теплоты, $\Delta H < 0$). Чтобы определить, как температура повлияет на равновесие, нужно узнать знак теплового эффекта ($\Delta H$) прямой реакции. Для этого необходимо провести термохимический расчет.

Дано:

Реакция: $CO_2(г) + H_2(г) \rightleftharpoons CO(г) + H_2O(г)$

Стандартные энтальпии образования ($\Delta H_f^\circ$) веществ (справочные данные):

$\Delta H_f^\circ(CO_2, г) = -393,5$ кДж/моль

$\Delta H_f^\circ(H_2, г) = 0$ кДж/моль

$\Delta H_f^\circ(CO, г) = -110,5$ кДж/моль

$\Delta H_f^\circ(H_2O, г) = -241,8$ кДж/моль

Найти:

Тепловой эффект реакции $\Delta H_{р-ции}^\circ$.

Решение:

Тепловой эффект реакции рассчитывается как разность сумм стандартных энтальпий образования продуктов и реагентов (следствие из закона Гесса):

$\Delta H_{р-ции}^\circ = \sum \Delta H_f^\circ(\text{продукты}) - \sum \Delta H_f^\circ(\text{реагенты})$

$\Delta H_{р-ции}^\circ = (\Delta H_f^\circ(CO, г) + \Delta H_f^\circ(H_2O, г)) - (\Delta H_f^\circ(CO_2, г) + \Delta H_f^\circ(H_2, г))$

Подставим числовые значения:

$\Delta H_{р-ции}^\circ = ((-110,5) + (-241,8)) - ((-393,5) + 0)$

$\Delta H_{р-ции}^\circ = -352,3 - (-393,5) = -352,3 + 393,5 = +41,2$ кДж/моль.

Поскольку тепловой эффект реакции $\Delta H_{р-ции}^\circ > 0$, прямая реакция является эндотермической (идет с поглощением тепла). Для смещения равновесия в сторону эндотермической реакции (вправо) необходимо увеличить температуру.

Ответ: Чтобы сместить равновесие вправо, необходимо повысить температуру; изменение давления не окажет влияния на положение равновесия.