Номер 6, страница 304 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 64. Химическое равновесие. Константа равновесия. Глава 6. Теоретическое описание химических реакций - номер 6, страница 304.

Условие.

6. При нагревании бутана в присутствии катализатора 75% углеводорода превратилось в его изомер — изобутан. Рассчитайте константу изомеризации бутана.

Решение.

Решение 2.

Дано:

Процент превращения н-бутана в изобутан, $\alpha = 75\% = 0.75$.

Найти:

Константу изомеризации бутана $K$.

Решение:

Реакция изомеризации бутана представляет собой обратимый процесс, в ходе которого нормальный бутан (н-бутан) превращается в свой изомер – изобутан. Уравнение этой реакции:

$н-C₄H₁₀ \rightleftharpoons изо-C₄H₁₀$

Константа равновесия (в данном случае, константа изомеризации) для этой реакции определяется отношением равновесной концентрации продукта (изобутана) к равновесной концентрации исходного вещества (н-бутана):

$K = \frac{[изо-C₄H₁₀]_{равн}}{[н-C₄H₁₀]_{равн}}$

Поскольку стехиометрические коэффициенты равны 1, а число молей газообразных веществ в ходе реакции не изменяется, отношение концентраций можно заменить отношением количеств веществ (молей) в равновесной смеси.

Пусть начальное количество вещества н-бутана составляло $n_0$ моль. По условию, в реакцию вступило 75% от начального количества, то есть степень превращения $\alpha = 0.75$.

Количество вещества прореагировавшего н-бутана равно:

$\Delta n(н-C₄H₁₀) = n_0 \cdot \alpha = n_0 \cdot 0.75$

Согласно уравнению реакции, из одного моля н-бутана образуется один моль изобутана. Следовательно, количество вещества образовавшегося в результате реакции изобутана равно количеству прореагировавшего н-бутана:

$n_{равн}(изо-C₄H₁₀) = \Delta n(н-C₄H₁₀) = 0.75 \cdot n_0$

Количество вещества н-бутана, оставшееся в системе после установления равновесия, составляет:

$n_{равн}(н-C₄H₁₀) = n_0 - \Delta n(н-C₄H₁₀) = n_0 - 0.75 \cdot n_0 = 0.25 \cdot n_0$

Теперь подставим равновесные количества веществ в выражение для константы равновесия:

$K = \frac{n_{равн}(изо-C₄H₁₀)}{n_{равн}(н-C₄H₁₀)} = \frac{0.75 \cdot n_0}{0.25 \cdot n_0}$

Сократив $n_0$, получаем значение константы:

$K = \frac{0.75}{0.25} = 3$

Ответ: константа изомеризации бутана равна 3.