При нагревании от 0 до 298 К при постоянном атмосферном давлении сначала нагревается твердый лед – от 0 до 273 К (от -273 до 0 градусов Цельсия) , затем лед плавится при 273 К (0 градусов Цельсия), затем жидкая вода нагревается от 273 до 298 К (от 0 до 25 градусов Цельсия).
Количество теплоты (тепловой эффект) нагревания (охлаждения) Q = удельная теплоемкость с * масса m * изменение температуры Т.
Теплота кристаллизации (плавления) Qк = удельная теплота кристаллизации (плавления) ск * масса m.
Сначала проведем расчет для одного килограмма (m=1 кг).
Удельная теплоемкость льда с= 2,06 кДж / (кг*К).
Q1 (нагрев льда от 0 до 273 К) = 2,06 кДж/(кг*К) * 1 кг * (273 – 0) К = 562,38 кДж (килограммы и кельвины сократились).
Удельная теплота плавления льда сk = 335 кДж / кг.
Q2 (плавление льда) = 335 кДж / кг * 1 кг = 335 кДж.
Удельная теплоемкость воды c = 4,187 кДж / (кг*К).
Q3 (нагрев воды от 273 до 298 К) = 4,187 кДж / (кг*К) * 1 кг * (298-273) К = 104,675 кДж.
Общий тепловой эффект Q = Q1 + Q2 + Q3 = 562,38 + 335 + 104,675 = 1002,055 кДж.
Теперь найдем тепловой эффект для 1 моль льда (воды).
Молярная масса воды M(H₂O) = 2*A(H) + A(O) = 2*1 + 16 = 18 г/моль.
То есть масса 1 моль льда (воды) – 18 г.
Составляем пропорцию:
1 кг (1000 г) – 1002,055 кДж
18 г - х кДж
х = 1002,055 кДж * 18 г / 1000 г = 18,037 кДж.
Поскольку теплоемкость зависит от температуры, то это приближенный ответ. Поэтому округляем его. Поскольку при нагревании и плавлении теплота подводится к системе (ко льду и воде), то есть расходуется, то ответ берем со знаком минус
v(H2O) = 72 г : 18 г/моль = 4 моль.
v(CO) = 84 г : 28 г/моль = 3 моль.
v(CO2) = 44 г : 44 г/моль = 1 моль.
Найдем концентрации реагентов:
c(H2O) = 4 моль : 50 л = 0,08 моль/л.
с(СО) = 3 моль : 50 л = 0,06 моль/л.
[CO2] = 1 моль : 50 л = 0,02 моль/л.
Уравнение реакции:
Н2О(г) + СО(г) ⇄ Н2(г) + СО2(г)
было___0,080,0600
реаг.хх хх
равн._(0,08-х)__(0,06-х)хх
При этом [СО2] = 0,02 моль/л = х => х = 0,02 моль/л
Тогда равновесные концентрации равны:
[Н2О] = 0,08 моль/л - 0,02 моль/л = 0,06 моль/л.
[СО] = 0,06 моль/л - 0,02 моль/л = 0,04 моль/л.
[CO2] = 0,02 моль/л.
[Н2] = 0,02 моль/л.
Находим константу равновесия:
К = ([Н2][СО2])/([Н2О][СО]) = (0,02*0,02)/(0,06*0,04) = 1/6.