Question

Константа равновесия гомогенной системы n2+3h2⇒2nh3 при некоторой температуре равна 0.2. равновесные концентрации водорода и аммиака соответственно равны 0.4 и 0.15 моль/литр. вычислите исходную и равновесную концентрации азота.

Answer 1

Для решения данной задачи, мы можем использовать принцип Ле-Шателье, который гласит, что если на гомогенную систему в равновесии действует внешнее воздействие, изменяющее условия равновесия, то равновесие смещается так, чтобы уменьшить воздействие.

В данной системе у нас есть уравнение реакции:
n2 + 3h2 ⇌ 2nh3

Исходная и равновесная концентрации аммиака (nh3) равны 0.15 моль/литр.
Равновесная концентрация водорода (h2) равна 0.4 моль/литр.

Для решения задачи, нам необходимо определить исходную и равновесную концентрацию азота (n2).

Обозначим исходную концентрацию азота как Х (X моль/литр).
Тогда исходная концентрация водорода будет 3X (так как в уравнении реакции коэффициент перед h2 равен 3).

В равновесии, равновесная концентрация азота будет Х(1-2х) (после смещения равновесия).

Теперь, используя принцип Ле-Шателье, мы можем записать уравнение:

Концентрация аммиака / (Концентрация азота)^2 * (Концентрация водорода)^3 = Константа равновесия

0.15 / (Х (1-2Х))^2 * (3Х)^3 = 0.2

Раскроем скобки:
0.15 / (Х^2(1-4Х+4Х^2)) * 27Х^3 = 0.2

Упростим это выражение:
4.05Х^3 / (Х^2(1-4Х+4Х^2)) = 0.2

Далее, умножим обе части уравнения на (1-4Х+4Х^2):

4.05Х^3 = 0.2Х^2(1-4Х+4Х^2)

Раскроем скобки и упростим это выражение:

4.05Х^3 = 0.2Х^2 - 0.8Х^3 + 0.8Х^4

Теперь, приведем все слагаемые в левую часть уравнения:

0.8Х^4 - 4.05Х^3 + 0.2Х^2 = 0

Далее, мы можем попытаться решить это уравнение методом подбора Х.

Для этого, мы можем попытаться поделить все коэффициенты а уравнения на Х^2, таким образом:

0.8Х^2 - 4.05Х + 0.2 = 0

Это квадратное уравнение, которое мы можем решить с помощью квадратного корня.

Х = (-(-4.05) ± √((-4.05)^2 - 4*0.8*0.2)) / 2*0.8

Х = (4.05 ± √(16.4025 - 0.64)) / 1.6

Х = (4.05 ± √(15.7625)) / 1.6

Х = (4.05 ± 3.97) / 1.6

Теперь рассмотрим два возможных значения Х:

1) Х = (4.05 + 3.97) / 1.6 = 8.02 / 1.6 = 5.0125 моль/литр

2) Х = (4.05 - 3.97) / 1.6 = 0.08 / 1.6 = 0.05 моль/литр

Таким образом, исходная концентрация азота (n2) может быть 5.0125 моль/литр или 0.05 моль/литр, в зависимости от контекста задачи. Равновесная концентрация азота также будет соответствовать этим значениям, после смещения равновесия.

Важно помнить, что реальные концентрации исходных веществ зависят от условий задачи и могут быть определены с помощью эксперимента или дополнительной информации. Это решение основано на математическом моделировании и предполагает идеальные условия.