Номер 19, страница 195 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

7.19. В замкнутом сосуде взорвали смесь водорода с хлором. Изменилось ли давление внутри сосуда, если температура после завершения реакции вернулась к исходной?

Дано:

Замкнутый сосуд ($V = \text{const}$)
Смесь газов: водород ($H_2$) и хлор ($Cl_2$)
Начальная температура: $T_1$
Конечная температура: $T_2 = T_1$

Найти:

Изменилось ли давление $P$ в сосуде?

Решение:

Давление газа в замкнутом сосуде можно описать с помощью уравнения состояния идеального газа (уравнения Менделеева-Клапейрона): $P \cdot V = n \cdot R \cdot T$, где $P$ - давление, $V$ - объем, $n$ - количество вещества (число молей) газа, $R$ - универсальная газовая постоянная, а $T$ - абсолютная температура.

Из этого уравнения следует, что давление $P = \frac{nRT}{V}$.

В условиях задачи объем сосуда $V$ постоянен, так как сосуд замкнутый. Универсальная газовая постоянная $R$ является константой. Также дано, что начальная и конечная температуры равны ($T_1 = T_2$). Следовательно, изменение давления может быть вызвано только изменением количества вещества (количества молей) газа $n$ в сосуде. Если количество молей газа до и после реакции одинаково ($n_1=n_2$), то и давление не изменится ($P_1=P_2$).

Рассмотрим уравнение химической реакции между водородом и хлором: $H_2(г) + Cl_2(г) \rightarrow 2HCl(г)$

Из стехиометрии этого уравнения видно, что из 1 моля газообразного водорода и 1 моля газообразного хлора (что в сумме составляет 2 моля исходных веществ) образуется 2 моля газообразного хлороводорода (продукта реакции).

Таким образом, общее количество молей газа в системе не изменяется в результате реакции. Даже если один из реагентов был в избытке, общее число молей до и после реакции останется тем же. Например, если в реакцию вступило $x$ молей $H_2$ и $x$ молей $Cl_2$, то образовалось $2x$ молей $HCl$. Количество молей газа до реакции ($x+x=2x$) равно количеству молей газа после реакции ($2x$).

Поскольку количество вещества $n$, объем $V$ и температура $T$ в начальном и конечном состояниях одинаковы, то, согласно уравнению состояния, давление $P$ также не изменится.

Ответ: Давление внутри сосуда не изменилось.