Какое значение константы равновесия будет у реакции 3Fe (к) + 2CO (г) ↔ Fe3C (к) + CO2 (г) - Q, если в реакторе объемом

Для начала определим значение константы равновесия (Q) по данной реакции.

3Fe (к) + 2CO (г) ↔ Fe3C (к) + CO2 (г)

Мы знаем, что в реакторе объемом 5 л была добавлена порция железа, а также 1,05 моль СО и 0,05 моль CO2. Поэтому начальные концентрации реагентов и продуктов составляют:

\[ [Fe]_0 = \frac{n_{Fe}}{V} = \frac{1}{5} = 0.2 \, \text{моль/л}\]
\[ [CO]_0 = \frac{n_{CO}}{V} = \frac{1.05}{5} = 0.21 \, \text{моль/л}\]
\[ [CO_2]_0 = \frac{n_{CO2}}{V} = \frac{0.05}{5} = 0.01 \, \text{моль/л}\]

Количество \(CO_2\) увеличилось до 0.5 моль к моменту достижения равновесия. Поэтому конечная концентрация \(CO_2\) составит:

\[ [CO_2]_{eq} = \frac{n_{CO2}}{V} = \frac{0.5}{5} = 0.1 \, \text{моль/л}\]

Теперь можем записать выражение для константы равновесия:

\[ Q = \frac{[Fe_3C]_{eq} \cdot [CO_2]_{eq}}{[Fe]_{eq}^3 \cdot [CO]_{eq}^2}\]

Так как реакция достигла равновесия, Q станет равно K (константа равновесия). Подставляем известные значения и ищем K:

\[ K = \frac{[Fe_3C]_{eq} \cdot [CO_2]_{eq}}{[Fe]_{eq}^3 \cdot [CO]_{eq}^2}\]

Теперь рассмотрим каждый вариант изменения влияющих факторов на равновесие реакции.

а) Увеличение давления в системе:
В данной реакции участвуют только газы, поэтому увеличение давления приведет к сдвигу равновесия в сторону уменьшения общего числа молей газов. Это означает, что равновесие сместится вправо, в сторону образования продуктов \(Fe_3C\) и \(CO_2\).

б) Повышение температуры:
Для данной реакции надо знать какие-то данные о зависимости константы равновесия K от температуры. Без этих данных ответ на этот вопрос будет неполным.

в) Измельчение железа:
Измельчение железа с помощью увеличения поверхности реагента увеличивает концентрацию железа в системе, что приводит к смещению равновесия в сторону образования продуктов \(Fe_3C\) и \(CO_2\). Таким образом, равновесие сместится вправо.

г) Удаление продуктов реакции:
Удаление продуктов реакции \(Fe_3C\) и \(CO_2\) будет приводить к смещению равновесия вправо для компенсации удаленных продуктов, поэтому концентрации продуктов увеличатся.