Az egyensúlyi reakció:
CO (g) + H₂O (g) ⇔ H₂ + CO₂ (g)

A halmazállapotokat jelöltük (g)-vel. Minden anyag gáz halmazállapotban van.

Az egyenlet alapján 1 mol CO-ból és 1 mol vízgőzből keletkezik 1 mol hidrogén gáz és 1 mol CO₂ gáz, és ez megfordítható reakció.

Egyensúlyi anyagmennyiség van megadva: 0,5 mol H₂, 1 mol CO₂, 0,4 mol CO, 1 mol H₂O

a)
A kiindulási állapotban kérdezik a mol%-os összetételt.
Mit jelent ez?

A komponensek anyagmennyisége a kiindulási állapotban *100 osztva az összes anyagmennyiséggel.

Megadták, hogy kezdetben a H₂ 0 mol.
Ha 0 mol H₂ van kezdetben, majd 0,5 mol H₂ van egyensúlyban, akkor 0,5 mol H₂ keletkezett. Mivel 1 mol CO és 1 mol vízből keletkezik 1 mol H₂ (a reakció egyenlet szerint), ezért 0,5 mol H₂ 0,5 mol CO-ból és 0,5 mol vízből keletkezik.

Tehát átalakul 0,5 mol CO és 0,5 mol víz.

Az egyensúlyi és az átalakult összege lesz a kiindulási anyagmennyiség:
CO: 0,4 mol + 0,5 mol = 0,9 mol
H₂O: 1 mol + 0,5 mol = 1,5 mol

Ha kezdetben 0 mol volt a hidrogén anyagmennyisége, akkor kezdetben a CO₂ is 0 mol volt.

n%(CO)= n(CO)*100 / nössz = 0,9 * 100 / (0,9 + 1,5) = 37,5 mol%

n%(H₂O)= n(H₂O)*100 / nössz = 1,5 * 100 / (0,9 + 1,5) = 62,5 mol%


b)
CO és víz 4 mol, ekvimoláris anyagmennyisége van kezdetben. (Ekvimoláris hasonló jelentésű, mint az ekvivalens, ami egyenlőt jelent.)
Tehát CO és víz 4 mol, ekvimoláris anyagmennyisége esetén kezdetben 2 mol CO és 2 mol víz van.

Mennyi az egyensúlyi mol%-os összetétel?

Ehhez egyensúlyi anyagmennyiségek kellenek minden komponensre.

Kiindulási helyzet: 2 mol CO, 2 mol víz
Átalakul x mol CO és ugyanannyi, x mol víz (mert az egyenlet szerint 1 mol reagál 1 móllal), akkor x reagál x-szel.

Ha 1 mol CO reagál 1 mol vízzel, és 1 mol H₂ (1 mol CO₂) keletkezik akkor amennyi mol CO reagál, ugyanannyi mol H₂ és CO₂ keletkezik (vagyis egyensúlyban van x mol H₂ és x mol CO₂).

A kiindulási és az átalakult anyagmennyiség különbsége lesz egyensúlyban:
2-x mol CO és 2-x mol víz.

Ha az a) pont alapján felírjuk az egyensúlyi álladót az egyensúlyi anyagmennyiségekkel, akkor ebből kiszámolható x.

`K= [ n(H₂) * n(CO₂) ] / [ n(CO) * n(H₂O) ] = (0.5 * 1) / (0.4 * 1) = 1.25` és nincs mértékegysége, mert mol²/mol² = 1.

`K=1.25= (x * x) / [(2-x)*(2-x)] = x^2/(2-x)^2 = x^2/(4-4*x+x²)`

`x²=1.25*(4-4*x+x²)`

`x²=5-5*x+1.25*x²`

`-0.25*x² + 5*x -5 = 0`

x₁= 18,94 (mivel 2 mólból indultunk ki, ezért ennyi nem alakulhatott át. x₂ lesz a helyes érték).
x₂= 1,056

Egyensúlyban van 2-x mol CO és 2-x mol víz, tehát 2-1,056=0,944 mol CO és 2-1,056=0,944 mol víz és 1,056 mol H₂ és CO₂.

nössz = 0,944 + 0,944 + 1,056 + 1,056 = 4 mol

n%(CO)=n%(H₂O)= n(CO)*100 / nössz = 0,944 * 100 / 4 = 23,6 mol% CO és víz

n%(H₂)= n%(CO₂)= n(H₂)*100 / nössz = 1,056 * 100 / 4 = 26,4 mol% H₂ és CO₂ lesz egyensúlyban.