Zadanie 28.
Treść
Informacja do zadań 28.–30.
Fosgen to silnie trujący związek o wzorze $\ce{COCl2}$. W reakcjach fosgenu z alkoholami otrzymuje się odpowiednie estry kwasu węglowego, a w procesach polikondensacji z udziałem fosgenu powstają poliwęglany – szeroko stosowane tworzywa zastępujące szkło.
Substratami do otrzymywania fosgenu są tlenek węgla(II) i chlor. W mieszaninie tych gazów zachodzi – pod wpływem światła – odwracalna reakcja opisana równaniem:
$\ce{CO(g) + Cl2(g) <=> COCl2(g)}$
Do reaktora o pojemności $4{,}0\ \text{dm}^3$ wprowadzono gazowe substraty: $0{,}40\ \text{mol}$ CO i $0{,}20\ \text{mol}$ $\ce{Cl2}$. Gdy w temperaturze $T$ ustaliła się równowaga, stwierdzono, że przereagowało $80\,\%$ chloru.
Oblicz stężeniową stałą równowagi syntezy fosgenu w temperaturze $T$.
Pokaż odpowiedź
Wymagania określone w podstawie programowej
II. Rozumowanie i zastosowanie nabytej wiedzy do rozwiązywania problemów. Zdający: 7) wykonuje obliczenia dotyczące praw chemicznych.
IV. Kinetyka i statyka chemiczna. Energetyka reakcji chemicznych. Zdający: 7) oblicza wartość stałej równowagi reakcji odwracalnej; oblicza stężenia równowagowe […] reagentów.
Zasady oceniania 2 pkt – zastosowanie poprawnej metody rozwiązania prowadzącej do obliczenia stałej równowagi, poprawne wykonanie obliczeń oraz podanie wyniku. 1 pkt – zastosowanie poprawnej metody, ale: • popełnienie błędów rachunkowych LUB • podanie wyniku z błędną jednostką, ALBO – poprawne obliczenie wartości stężeń równowagowych wszystkich reagentów. 0 pkt – zastosowanie błędnej metody obliczenia albo brak rozwiązania.
Przykładowe rozwiązania
Sposób 1.
| $\ce{CO}$ | $\ce{Cl2}$ | $\ce{COCl2}$ | |
|---|---|---|---|
| $n_0$ | 0,40 | 0,20 | 0 |
| $n_r$ | 0,24 | 0,04 | 0,16 |
$[\ce{CO}]_r = \dfrac{0{,}24}{4{,}0}\ \text{mol}\cdot\text{dm}^{-3} = 0{,}06\ \text{mol}\cdot\text{dm}^{-3}$
$[\ce{Cl2}]_r = \dfrac{0{,}04}{4{,}0}\ \text{mol}\cdot\text{dm}^{-3} = 0{,}01\ \text{mol}\cdot\text{dm}^{-3}$
$[\ce{COCl2}]_r = \dfrac{0{,}16}{4{,}0}\ \text{mol}\cdot\text{dm}^{-3} = 0{,}04\ \text{mol}\cdot\text{dm}^{-3}$
$K = \dfrac{[\ce{COCl2}]}{[\ce{CO}]\cdot[\ce{Cl2}]} = \dfrac{0{,}04}{0{,}06 \cdot 0{,}01} = \mathbf{66{,}67 \cong 67}$
Sposób 2.
$V = 4{,}0\ \text{dm}^3$
$[\ce{CO}]_p = \dfrac{0{,}4}{4{,}0}\ \text{mol}\cdot\text{dm}^{-3} = 0{,}1\ \text{mol}\cdot\text{dm}^{-3} \qquad [\ce{Cl2}]_p = \dfrac{0{,}2}{4{,}0}\ \text{mol}\cdot\text{dm}^{-3} = 0{,}05\ \text{mol}\cdot\text{dm}^{-3}$
$0{,}05 \cdot 0{,}8 = 0{,}04\ \text{mol}\cdot\text{dm}^{-3}$
| stężenie | początkowe | reakcja | równowaga |
|---|---|---|---|
| $\ce{CO}$ | 0,1 | −0,04 | 0,06 |
| $\ce{Cl2}$ | 0,05 | −0,04 | 0,01 |
| $\ce{COCl2}$ | 0 | +0,04 | 0,04 |
$K = \dfrac{[\ce{COCl2}]}{[\ce{CO}]\cdot[\ce{Cl2}]} = \dfrac{0{,}04}{0{,}06 \cdot 0{,}01} = \mathbf{66{,}67 \cong 67}$