Приклади розв’язання задач. Приклад 1.У скільки разів зміниться швидкість прямої і зворотної реакції в системі 2SO2(г) + O2(г) ↔ 2SO3(г)

Приклад 1. У скільки разів зміниться швидкість прямої і зворотної реакції в системі 2SO_2(г) + O_2(г) ↔ 2SO_3(г), якщо об’єм газової суміші зменшити в три рази? В який бік зміститься рівновага в системі?

Розв’язок: Згідно закону діючих мас швидкості прямої і зворотної реакцій будуть визначатись:

V^→ = k^→С²_SO2С_O2; V^← = k^← С²_SO3,

де k^→ і k^← константи швидкості, відповідно, прямої і зворотної реакцій. Для спрощення позначимо С_SO2 = а; С_O2 = в; С_SO3 = с. Тоді

V^→ = k^→а² в; V^← = k^← с².

Після зменшення об’єму гомогенної системи в три рази концентрація кожної з реагуючих речовин збільшується в три рази: С_SO2 = 3а; С_O2 = 3в; С_SO3 = 3с. При нових концентраціях швидкості прямої і зворотної реакцій будуть:

V^→_нов. = k^→(3а)² (3в) = 27 k^→а²в; V^←_нов. = k^← (3с)² = 9 k^← с² .

Отже, швидкість прямої реакції збільшилась в 27 разів, а зворотної – в 9 разів. При цьому рівновага зміщується в бік утворення SO₃ (праворуч).

Приклад 2. Константа рівноваги гомогенної системи

СО_(г) + Н₂О_(г) ↔ СО_2(г) + Н_2(г)

при 850^оС дорівнює 1. Обчислити концентрації всіх речовин при рівновазі, якщо вихідні концентрації С_СО = 3 моль/л, С_Н2О = 2 моль/л.

Розв’язок: При рівновазі швидкості прямої і зворотної реакцій рівні між собою, а відношення констант цих швидкостей є теж величиною постійною і називається константою рівноваги даної системи:

V^→ = k^→С_СОС_Н2О = k^←С_СО2С_Н2 = V^←

К_р = k^→/ k^← = С_СО2С_Н2 / С_СОС_Н2О.

В умові задачі дані вихідні концентрації, тоді як у вираз для К_р входять тільки рівноважні концентрації всіх речовин системи. Припустимо, що в момент рівноваги концентрація С_СО2 = х моль/л. Число молей утвореного водню при цьому буде теж х моль/л (бо за рівнянням реакції коефіцієнти перед СО₂ і Н₂ однакові). По такій же кількості молів СО і Н₂О витрачаються для утворення х молів СО₂ і Н₂. Отже, рівноважні концентрації всіх чотирьох речовин будуть:

С_{СО2, рівн.} = С_{Н2, рівн.} = х моль/л;

С_{СО, рівн.} = (3 – х) моль/л; С_{Н2О, рівн.} = (2 – х) моль/л.

Знаючи константу рівноваги, розрахуємо значення х, а потім рівноважні концентрації всіх речовин:

1 = х² / (3 – х)(2 – х)

х² = 6 – 2х – 3х + х²; 5х = 6, х = 1,2 моль/л

Таким чином, шукані рівноважні концентрації:

С_{СО2, рівн.} = С_{Н2, рівн.} = 1,2 моль/л;

С_{СО, рівн.} = 3 – 1,2 = 1,8 моль/л; С_{Н2О, рівн.} = 2 – 1,2 = 0,8 моль/л.