Равновесие гомогенной системы 4HCl (г) + O2 = 2H2O + 2Cl2 (г) установилось при следующих концентрациях...

Для решения задачи о равновесии химической реакции нужно использовать закон действующих масс и принцип сохранения массы.

Дана реакция: [ 4\text{HCl} (г) + \text{O}_2 (г) \rightleftharpoons 2\text{H}_2\text{O} (г) + 2\text{Cl}_2 (г) ]

На момент установления равновесия концентрации веществ составляют:

• ([\text{H}_2\text{O}] = 0{,}1 \, \text{моль/л})
• ([\text{Cl}_2] = 0{,}1 \, \text{моль/л})
• ([\text{HCl}] = 0{,}2 \, \text{моль/л})
• ([\text{O}_2] = 0{,}3 \, \text{моль/л})

Мы можем записать выражение для константы равновесия (K_c) для данной реакции: [ K_c = \frac{{[\text{H}_2\text{O}]^2 [\text{Cl}_2]^2}}{{[\text{HCl}]^4 [\text{O}_2]}} ]

Подставим известные концентрации: [ K_c = \frac{{(0{,}1)^2 \cdot (0{,}1)^2}}{{(0{,}2)^4 \cdot 0{,}3}} ]

Теперь нужно вычислить (K_c): [ K_c = \frac{{0{,}01 \cdot 0{,}01}}{{0{,}0016 \cdot 0{,}3}} = \frac{{0{,}0001}}{{0{,}00048}} = \frac{1}{4,8} = 0{,}2083 ]

Теперь определим изменения концентраций реагентов, которые произошли в процессе реакции.

Пусть исходная концентрация ([\text{HCl}]_0 = a) и ([\text{O}_2]_0 = b). Из уравнения реакции видно, что на 4 моль HCl расходуется 1 моль (O_2), при этом образуются 2 моль (H_2O) и 2 моль (Cl_2).

Изменение концентрации ([\text{H}_2\text{O}] = 2 \cdot x = 0{,}1), где (x) — количество вещества, образовавшееся в результате реакции. Следовательно, (x = 0{,}05).

Так как на 4 моль HCl приходится 2 моль (H_2O), то ([\text{HCl}]_0 = 0{,}2 + 4 \cdot 0{,}05 = 0{,}4 \, \text{моль/л}).

Для кислорода: ([\text{O}_2]_0 = 0{,}3 + 0{,}05 = 0{,}35 \, \text{моль/л}).

Итак, исходные концентрации:

• ([\text{HCl}]_0 = 0{,}4 \, \text{моль/л})
• ([\text{O}_2]_0 = 0{,}35 \, \text{моль/л})

Исходные концентрации веществ: [HCl] = 0,4 моль/л, [O2] = 0,6 моль/л.

Для реакции 4HCl (г) + O2 = 2H2O + 2Cl2 (г) установилось равновесие при следующих концентрациях реагирующих веществ:

[Н2О]p = 0,1 моль/л [Сl2]p = 0,1 моль/л [НСl]p = 0,2 моль/л [O2]p = 0,3 моль/л

Исходные концентрации хлороводорода (HCl) и кислорода (O2) можно найти, используя коэффициенты реакции. Сначала определим изменение концентрации каждого вещества в результате реакции:

• HCl: -4x моль/л
• O2: -x моль/л
• H2O: +2x моль/л
• Cl2: +2x моль/л

После установления равновесия:

[Н2О]p = 0,1 моль/л = 2x моль/л [Сl2]p = 0,1 моль/л = 2x моль/л [НСl]p = 0,2 моль/л - 4x моль/л [O2]p = 0,3 моль/л - x моль/л

Решив систему уравнений, найдем исходные концентрации:

2x = 0,1 x = 0,05 моль/л

Таким образом, исходные концентрации хлороводорода и кислорода равны 0,2 моль/л и 0,35 моль/л соответственно.