Номер 92, страница 306 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

11.92. В результате диссоциации ${\mathrm{COCl}}_2$ в системе установилось химическое равновесие:

${\mathrm{COCl}}_2\rightleftarrows \mathrm{CO}+{\mathrm{Cl}}_2$

Как изменится отношение $\frac{p_{\mathrm{CO}}}{p_{{\mathrm{COCl}}_2}}$ при добавлении к равновесной системе инертного газа при постоянном общем давлении в системе? Как изменится константа равновесия? Газы считайте идеальными.

Решение

Рассматриваемое химическое равновесие:

$COCl_2(г) \rightleftharpoons CO(г) + Cl_2(г)$

Константа равновесия для этой реакции, выраженная через парциальные давления компонентов, $K_p$, имеет вид:

$K_p = \frac{p_{CO} \cdot p_{Cl_2}}{p_{COCl_2}}$

где $p_{CO}$, $p_{Cl_2}$ и $p_{COCl_2}$ — парциальные давления угарного газа, хлора и фосгена соответственно.

Как изменится отношение $\frac{p_{CO}}{p_{COCl_2}}$ при добавлении к равновесной системе инертного газа при постоянном общем давлении в системе?

Добавление инертного газа при постоянном общем давлении ($P_{общ} = const$) приводит к увеличению общего объема системы. Это, в свою очередь, вызывает уменьшение парциальных давлений всех компонентов, участвующих в реакции, так как их мольные доли в смеси уменьшаются.

В соответствии с принципом Ле Шателье, система будет противодействовать внешнему воздействию. Уменьшение парциальных давлений всех компонентов смещает равновесие в сторону, где образуется большее количество молей газообразных веществ. В данной реакции из 1 моля реагента ($COCl_2$) образуется 2 моля продуктов ($CO$ и $Cl_2$). Изменение числа молей газов в реакции $\Delta n_g = (1 + 1) - 1 = 1 > 0$.

Таким образом, для противодействия снижению давления равновесие сместится вправо, в сторону образования продуктов. Это приведет к увеличению количества вещества ($n$) $CO$ и $Cl_2$ и уменьшению количества вещества $COCl_2$.

Рассмотрим интересующее нас отношение парциальных давлений. Парциальное давление газа равно произведению его мольной доли ($x$) на общее давление ($P_{общ}$): $p_i = x_i \cdot P_{общ}$.

$\frac{p_{CO}}{p_{COCl_2}} = \frac{x_{CO} \cdot P_{общ}}{x_{COCl_2} \cdot P_{общ}} = \frac{x_{CO}}{x_{COCl_2}}$

Мольная доля $x_i = n_i / n_{общ}$, где $n_{общ}$ — общее количество вещества всех газов в смеси. Тогда:

$\frac{x_{CO}}{x_{COCl_2}} = \frac{n_{CO}/n_{общ}}{n_{COCl_2}/n_{общ}} = \frac{n_{CO}}{n_{COCl_2}}$

Поскольку равновесие смещается вправо, равновесное количество вещества $CO$ ($n_{CO}$) увеличивается, а равновесное количество вещества $COCl_2$ ($n_{COCl_2}$) уменьшается. Следовательно, значение дроби $\frac{n_{CO}}{n_{COCl_2}}$ и, соответственно, отношение парциальных давлений $\frac{p_{CO}}{p_{COCl_2}}$ увеличится.

Ответ: отношение $\frac{p_{CO}}{p_{COCl_2}}$ увеличится.

Как изменится константа равновесия?

Константа химического равновесия ($K_p$ или $K_c$) является функцией только температуры. В условии задачи предполагается, что температура системы не изменяется. Добавление инертного газа при постоянном давлении вызывает смещение равновесия, но не изменяет значение самой константы равновесия.

Система изменяет равновесные концентрации (и парциальные давления) компонентов таким образом, чтобы их соотношение, определяющее константу равновесия, осталось прежним.

Ответ: константа равновесия не изменится.