Для решения задачи необходимо воспользоваться уравнением Гиббса-Гельмгольца:
ΔG = ΔH - TΔS
где ΔG - изменение свободной энергии, ΔH - изменение энтальпии, T - температура, ΔS - изменение энтропии.
По уравнению реакции видно, что возникает два компонента: цинк и сероводород. Цинк является продуктом реакции, а сероводород выделяется. Следовательно, ΔH < 0 и ΔS > 0.
Таким образом, когда T > ΔH/ΔS, ΔG < 0 и реакция будет протекать спонтанно. При T < ΔH/ΔS, ΔG > 0 и реакция будет неспонтанной.
Концентрация вещества влияет на скорость реакции согласно закону действующих масс. При увеличении концентрации углекислого газа в два раза и концентрации водорода в три раза, скорость реакции возрастет пропорционально изменению концентраций. То есть, скорость реакции увеличится в шесть раз.
а) При повышении температуры равновесие реакции CO(г) + H2O(г) = CO2(г) + H2(г) будет смещаться вправо, т.е. в сторону образования продуктов реакции. Это объясняется тем, что реакция экзотермическая (выделяется тепло) и повышение температуры заставит систему компенсировать эту энергию путем смещения равновесия в сторону продуктов, которые поглощают тепло.
б) При понижении давления равновесие реакции CO(г) + H2O(г) = CO2(г) + H2(г) будет смещаться влево, т.е. в сторону образования исходных веществ. Это объясняется тем, что снижение давления уменьшает количество газовых молекул и система стремится компенсировать это путем смещения равновесия в сторону исходных веществ.
Выражения константы равновесия для этих реакций:
Kp = (p_CO2 * p_H2) / (p_CO * p_H2O)
Kc = ([CO2] * [H2]) / ([CO] * [H2O])
где Kp - константа равновесия в зависимости от давления, Kc - константа равновесия в зависимости от концентрации, p и [ ] - давление и концентрация соответствующих веществ.