ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ. Σε δοχείο μεταβλητού όγκου έχει αποκατασταθεί η χημική ισορροπία: 2NO(g)

Transcript

1 XΗΜΕΙ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΘΕΤΙΚΟΥ ΠΡΟΝΤΟΛΙΜΟΥ 03/02/2019 ΘΕΜ A1. ΤΕΦΝΟ ΓΕΡΟΝΤΟΠΟΥΛΟ, ΓΙΝΝΗ ΠΠΔΝΤΩΝΚΗ, ΠΝΓΙΩΤΗ ΤΙΠΟ, ΤΥΡΟΥΛ ΓΚΙΤΚΟΥ, ΜΡΙΝΟ ΙΩΝΝΟΥ ΠΝΤΗΕΙ ε κενό δοχείο εισάγονται 4 mol N2 και 9 mol H2, τα οποία αντιδρούν στους θ οc, σύμφωνα με την εξίσωση: Ν2(g) 3Η2(g) 2NH3(g) ν n είναι ο αριθμός των mol της ΝH3 που θα υπάρχουν στο δοχείο μετά την αποκατάσταση της χημικής ισορροπίας, θα ισχύει: α. n = 8 β. n > 7 γ. n < 6 δ. n = 6 A2. ε δοχείο μεταβλητού όγκου έχει αποκατασταθεί η χημική ισορροπία: 2NO(g) N2(g) O2(g) ΔΗ < 0 ν διπλασιαστεί ο όγκος του δοχείου και ταυτόχρονα ελαττωθεί η θερμοκρασία παρατηρείται: α. αύξηση της σταθεράς χημικής ισορροπίας Κc και μείωση της ολικής πίεσης στο δοχείο β. αύξηση της ολικής πίεσης και της ποσότητας του ΝΟ γ. μείωση του βαθμού διάσπασης του ΝΟ και της σταθεράς χημικής ισορροπίας δ. η χημική ισορροπία δε μετατοπίζεται οι συγκεντρώσεις όλων των αερίων μειώνονται A3. Το ph υδατικού διαλύματος ΝΗ4Cl 0,01 M είναι δυνατό να έχει στους 25 C την τιμή: α. 12 β. 9 γ. 6 δ. 2 A4. H προσθήκη μικρής ποσότητας στερεού HCOONa σε υδατικό διάλυμα ΗCOONa, χωρίς μεταβολή της θερμοκρασίας και του όγκου του διαλύματος προκαλεί: α. αύξηση του poh και αύξηση του βαθμού ιοντισμού του HCOOβ. μείωση της συγκέντρωσης ΟΗ- και αύξηση του βαθμού ιοντισμού του HCOOγ. αύξηση της σταθεράς ιοντισμού Kb(HCOO-) και του ph δ. μείωση του βαθμού ιοντισμού του HCOO- και μείωση poh 1

2 A5. ν σε υδατικό διάλυμα CH3NH2 προστεθεί στερεό CH3NH3Cl, χωρίς μεταβολή του όγκου του διαλύματος και της θερμοκρασίας, παρατηρείται: α. μείωση του βαθμού ιοντισμού της CH3NH2 και της συγκέντρωσης CH3NH3 β. μείωση των mol ΟΗ- και του poh γ. αύξηση των mol H3O και του poh δ. αύξηση της συγκέντρωσης CH3NH3 και του ph ΘΕΜ Β Β1. Να χαρακτηρίσετε τις προτάσεις που ακολουθούν, γράφοντας στο τετράδιό σας δίπλα στο γράμμα που αντιστοιχεί σε κάθε πρόταση τη λέξη ωστή αν η πρόταση είναι σωστή και τη λέξη Λανθασμένη αν η πρόταση είναι λανθασμένη αιτιολογώντας κάθε επιλογή σας. Κάθε υδατικό διάλυμα (CH3COO)2Mg έχει μεγαλύτερη τιμή ph από κάθε υδατικό διάλυμα CH3NH3Cl στην ίδια θερμοκρασία. ωστή. Το υδατικό διάλυμα (CH3COO)2Mg είναι βασικό γιατί το CH3COO- αντιδρά με το νερό οπότε παράγονται ιόντα ΟΗ- ενώ το υδατικό διάλυμα CH3NH3Cl είναι όξινο γιατί το ΝΗ4 αντιδρά με το νερό οπότε παράγονται ιόντα Η3Ο. i ε δοχείο όγκου V έχει αποκατασταθεί, σε θερμοκρασία θ οc, η χημική ισορροπία: 2ΝΟ2(g) N2O4(g) Aν ο όγκος του δοχείου διπλασιαστεί, υπό σταθερή θερμοκρασία, τότε η ολική πίεση στο δοχείο στη νέα θέση χημικής ισορροπίας θα υποδιπλασιαστεί. Λανθασμένη: ύμφωνα με την αρχή Le Chatelier η χημική ισορροπία θα μετατοπιστεί προς τα αριστερά τα συνολικά mol των αερίων στο δοχείο θα αυξηθούν και η ολική πίεση στη νέα χημική ισορροπία θα είναι μεγαλύτερη από το υποδιπλάσιο της αρχικής. ii Η ισορροπία που περιγράφεται με την χημική εξίσωση: HClO4 CNHCN ClO4είναι μετατοπισμένη προς τα αριστερά. Λανθασμένη: Με δεδομένο ότι η ισορροπία στις πρωτολυτικές αντιδράσεις είναι μετατοπισμένη προς την κατεύθυνση που παράγονται το ασθενέστερο οξύ και η ασθενέστερη βάση η συγκεκριμένη ισορροπία είναι μετατοπισμένη προς τα δεξιά γιατί το HCN ως ασθενές οξύ είναι ασθενέστερο οξύ από το ισχυρό οξύ HClO4. iv. Όταν σε υδατικό διάλυμα CH3COONa προσθέσουμε υδατικό διάλυμα ΝaΟΗ ο βαθμός ιοντισμού του CH3COO- θα μειωθεί λόγω επίδρασης κοινού ιόντος. Λανθασμένη: Επειδή δε γνωρίζουμε τις συγκεντρώσεις των δύο διαλυμάτων δεν μπορούμε να προβλέψουμε την επίδραση της ανάμειξης στο βαθμό ιοντισμού του CH3COO-. v. Υδατικό διάλυμα άλατος ΝΗ4F είναι ουδέτερο. Δίνονται Κa(HF) = , Kb(NH3) = 10-5 και Kw = Λανθασμένη: Επειδή Κa(ΝΗ4) = 10-9 > Kb(F-) = 0, το διάλυμα είναι όξινο. x 2 2

3 Β2. Τα υδατικό διάλυμα του ένυδρου θειϊκού χαλκού έχει γαλάζιο χρώμα που οφείλεται στα ενυδατωμένα ιόντα Cu2. ν τα μόρια του νερού αντικατασταθούν από ιόντα Cl- σχηματίζονται τα ιόντα CuCl42- που έχουν πράσινο χρώμα. Η ισορροπία είναι η ακόλουθη: [Cu(H2O)6]2 4Cl- CuCl42-6H2O Πράσινο χρώμα Γαλάζιο χρώμα ν με θέρμανση του διαλύματος επικρατεί το πράσινο χρώμα να εξηγήσετε αν η αντίδραση σχηματισμού του CuCl42- είναι εξώθερμη ή ενδόθερμη. Επειδή επικρατεί το πράσινο χρώμα η αύξηση της θερμοκρασίας ευνοεί την αντίδραση σχηματισμού του CuCl42-. Με δεδομένο ότι η αύξηση της θερμοκρασίας ευνοεί τις ενδόθερμες αντιδράσεις συμπεραίνουμε ότι η αντίδραση σχηματισμού του CuCl42- είναι ενδόθερμη Μονάδες 3 Β3. Δίνονται τα παρακάτω διαλύματα: Υδατικό διάλυμα HOOC COONa, διάλυμα Δ1, Υδατικό διάλυμα ΝΗ4ΗSΟ4, διάλυμα Δ2. Να χαρακτηρίσετε καθένα από τα διαλύματα Δ1 και Δ2 ως όξινο, βασικό ή ουδέτερο. Και το διάλυμα Δ1 και το διάλυμα Δ2 είναι όξινα. i Μονάδες 2 Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. Το HOOC COONa διίσταται και δίνει ιόντα Na που δεν αντιδρούν με το νερό και ιόντα HOOC COO- που είναι αμφολύτης με Ka = και Kb = ως συζυγή βάση του ΗOOC COOH. Επειδή Ka > Kb επικρατεί ο όξινος χαρακτήρας και έχουμε όξινο διάλυμα με ph < 7 στους 25 οc. Το ΝΗ4ΗSΟ4 διίσταται και δίνει ιόντα ΝΗ4 και ιόντα ΗSΟ4- που και τα δύο ιόντα αντιδρούν με το νερό και δίνουν Η3Ο άρα έχουμε πάλι όξινο διάλυμα με ph < 7 στους 25 οc. Δίνονται Kw = 10-14, για το Η2SO4 Κa(2) = 10-2, Kb(NH3) = 10-5 και για τα δύο στάδια ιοντισμού του ΗOOC COOH Ka(1) = , Ka(2) = Β4. ε υδατικό διάλυμα NH4ClO4 συγκέντρωσης 0,1 Μ και θερμοκρασίας 25 οc πραγματοποιούνται οι παρακάτω μεταβολές: προσθήκη αέριας ΝΗ3, χωρίς μεταβολή του όγκου του διαλύματος, υπό σταθερή θερμοκρασία. i προσθήκη στερεού ΝaClO4, χωρίς μεταβολή του όγκου του διαλύματος υπό σταθερή θερμοκρασία. ii προσθήκη αερίου HCl, χωρίς μεταβολή του όγκου του διαλύματος, υπό σταθερή θερμοκρασία. iv. προσθήκη υδατικού διαλύματος ΝΗ4Βr 0,01 Μ, υπό σταθερή θερμοκρασία. v. προσθήκη υδατικού διαλύματος NaΝΟ3, υπό σταθερή θερμοκρασία. Να συμπληρώσετε αν θα αυξηθούν (), θα μειωθούν (Μ) ή θα μείνουν σταθερά () ο βαθμός ιοντισμού a του ΝΗ4, η σταθερά ιοντισμού Ka(NH4), η [OH-] και το ph του διαλύματος. 3

4 a(νη4) Μ Μ A Μεταβολή i i ii iv. v. Ka(NH4) [OH-] Μ ph Μ ΘΕΜ Γ Γ1. ε κενό δοχείο όγκου V1 = 0,4 L και θερμοκρασίας θ1 οc εισάγουμε τα αέρια και Β με αναλογία mol 1/3 αντίστοιχα τα οποία αντιδρούν οπότε αποκαθίσταται ισορροπία, Χ.Ι(1) που περιγράφεται με την χημική εξίσωση: (g) 2B(g) 2Γ(g) Η τιμή της σταθεράς χημικής ισορροπίας για την αντίδραση αυτή είναι ίση με 0,2 στους θ1 οc. ν στη Χ.Ι(1) τα mol της ουσίας Β είναι ίσα με τα mol της ουσίας Γ, να υπολογίσετε την απόδοση της αντίδρασης και τη σύσταση του μίγματος της Χ.Ι(1). ρχικά ντιδρούν Χ.Ι(1) (g) 2B(g) 2Γ(g) n x 3n n-x 3n - φού στη Χ.Ι(1) τα mol της ουσίας Β είναι ίσα με τα mol της ουσίας Γ προφανώς 3n - = ή 3n = 4x ή x = 0,75n. Το αντιδρών που είναι σε περίσσεια είναι το Β άρα η απόδοση της αντίδρασης είναι: x 0,75n ήa= ή a = 0,75 ή 75 %. a= n n πό την έκφραση της Kc προκύπτει ότι n = 8 mol. Άρα στη Χ.Ι(1) υπάρχουν: mol() = 2, mol(β) = 12, mol(γ) = 12. Μονάδες 3 2 i Διατηρώντας σταθερή τη θερμοκρασία αυξάνουμε τον όγκο του δοχείου οπότε μετά την αποκατάσταση της νέας ισορροπίας, Χ.Ι(2), τα mol της ουσίας Γ είναι διπλάσια από τα mol της ουσίας. Να υπολογίσετε τον όγκο, V2, του δοχείου στη Χ.Ι(2). Χ.Ι(1) Μεταβολ ντιδρούν Χ.Ι(2) (g) 2 2B(g) 12 Μεταβολή όγκου 2y 12 2y y 2y 2Γ(g) 12 2y 12-2y φού τα mol της ουσίας Γ στη Χ.Ι(2) είναι διπλάσια από τα mol της ουσίας προφανώς 2(2 y) = 12 2y ή y = 2mol. Άρα στη Χ.Ι(2) υπάρχουν: mol() = 4, mol(β) = 16, mol(γ) = 8. πό την έκφραση της Kc προκύπτει ότι V2 = 3,2 L. 4

5 ii Το μίγμα της Χ.Ι(2) θερμαίνεται στους θ2 οc και ο όγκος του δοχείου γίνεται V3 = 1 L. ν μετά την αποκατάσταση της τελικής ισορροπίας, Χ.Ι(3), το μίγμα των αερίων στο δοχείο περιέχει συνολικά 25 mol, να υπολογίσετε την σταθερά χημικής ισορροπίας Kc στους θ2οc. τη Χ.Ι(2) το μίγμα των αερίων στο δοχείο περιέχει συνολικά 28 mol. Παρατηρούμε ότι τα συνολικά mol των αερίων στο δοχείο μειώθηκαν άρα η ισορροπία μετατοπίστηκε προς τα δεξιά όταν αποκαταστάθηκε η Χ.Ι(3). (g) Χ.Ι(2) Μεταβολή ντιδρούν Χ.Ι(3) Γ2. 2B(g) 2Γ(g) Μείωση του όγκου και αύξηση της θερμοκρασίας z z 2z 4-z 16 2z 8 2z φού το μίγμα των αερίων στο δοχείο στη Χ.Ι(3) περιέχει συνολικά 25 mol προφανώς 28 z = 25 ή z = 3 mol. Άρα στη Χ.Ι(3) υπάρχουν: mol() = 1, mol(β) = 10, mol(γ) = 14. πό την έκφραση της Kc προκύπτει ότι Κc = 1,96. ε κενό δοχείο εισάγεται SO3 και αποκαθίσταται η ισορροπία: 2SO3(g) 2SO2(g) O2(g) ΔΗ > 0 το παρακάτω διάγραμμα απεικονίζεται η μεταβολή της συγκέντρωσης για δύο από τις ουσίες που συμμετέχουν στην αντίδραση: C(M) 1,0 0,8 καμπύλη 1 0,6 0,4 καμπύλη 2 0, t(min) ε ποια ουσία αντιστοιχεί η κάθε καμπύλη του διαγράμματος. (Μ) ρχικά ντιδρούν Χ.Ι. 2SO3(g) 2SO2(g) O2(g) C C - x x Παρατηρούμε ότι όταν αποκατασταθεί η ισορροπία η συγκέντρωση του SO2 είναι διπλάσια από τη συγκέντρωση του Ο2, άρα η καμπύλη 1 αντιστοιχεί στο SO2 και η καμπύλη 2 αντιστοιχεί στο O2. Μονάδες 1 5

6 i ν η απόδοση της αντίδρασης είναι 25 %, να υπολογίσετε τη σταθερά χημικής ισορροπίας Kc. πό το διάγραμμα έχουμε ότι [Ο2] = 0,5 Μ ή x = 0,5M a= C ήc=4m Άρα στη χημική ισορροπία έχουμε [SO3] = 3M, [SO2] = 1 M και [O2] = 0,5 M. πό την έκφραση της Kc προκύπτει ότι Kc = 1/18. Μονάδες 3 ii υξάνεται ο όγκος του δοχείου μέχρι να δεκαπλασιαστεί οπότε η θέση της ισορροπίας μετατοπίζεται προς τα δεξιά. Παρατηρούμε, μετά την αποκατάσταση της νέας χημικής ισορροπίας, ότι η πίεση είναι το 1/9 της πίεσης της αρχικής ισορροπίας. Να δείξετε ότι ταυτόχρονα με την αλλαγή του όγκου άλλαξε και η θερμοκρασία στο δοχείο. Έστω ότι η θερμοκρασία στο δοχείο παρέμεινε σταθερή. ν ο όγκος του δοχείου στην αρχική ισορροπία είναι V L, στην αρχική ισορροπία υπάρχουν: 3V mol SO3, V mol SO2 και 0,5V mol SO3. πό την καταστατική εξίσωση προκύπτει η σχέση PV = 4,5 VRT (1) (Μ) ρχική Χ.Ι ντιδρούν Τελική Χ.Ι 2SO3(g) 2SO2(g) 3V 2y V V 2y V 2y y 0,5V y 3V 2y O2(g) τη νέα χημική ισορροπία ο όγκος είναι 10 VL και ή πίεση P/9. 𝟏𝟎 πό την καταστατική εξίσωση προκύπτει ή σχέση PV = (4,5V y)rt (2) 𝟗 πό την επίλυση των εξισώσεων 1,2 βρίσκουμε ότι y = 0,5V. Άρα στη νέα χημική ισορροπία υπάρχουν 2V mol SO3, 2V mol SO2 και V mol O2 ενώ οι συγκεντρώσεις είναι [SO3] = 0,2M, [SO2] = 0,2 M και [O2] = 0,1 M. πό την έκφραση της Kc προκύπτει ότι Kc = 0,1 που είναι άτοπο γιατί αν η θερμοκρασία είναι σταθερή η τιμή της Kc παραμένει σταθερή. Άρα η υπόθεση είναι λανθασμένη και η θερμοκρασία έχει αλλάξει. Μονάδες 6 ΘΕΜ Δ Δίνονται τα παρακάτω υδατικά διαλύματα που βρίσκονται όλα στην ίδια θερμοκρασία: Διάλυμα HCl 0,1 M, διάλυμα Υ1, Διάλυμα NaBrO 0,1 M διάλυμα Υ2, Διάλυμα NH3 0,1 M, διάλυμα Υ3, Διάλυμα Ca(OH)2 0,1 M, διάλυμα Υ4. Δ1. Να υπολογίσετε το βαθμό ιοντισμού της ΝΗ3 στο διάλυμα Υ3. Πινακάκι 4 γραμμών με C(NH3) = 0,1 Μ και a. πό την έκφραση της Kb για την ασθενή βάση ΝΗ3 βρίσκουμε, κάνοντας τις κατάλληλες προσεγγίσεις, a =

7 Δ2. Να υπολογίσετε το ph του διαλύματος Υ2. Πινακάκι 2 γραμμών με C(NaBrO) = 0,1 Μ για την διάσταση του άλατος, πινακάκι 4 γραμμών με C(NaBrO) = 0,1 Μ και x για τον ιοντισμό του BrO-. Ka Kb = Kw ή Kb(BrO-) = πό την έκφραση της Kb για το BrO- βρίσκουμε, κάνοντας τις κατάλληλες προσεγγίσεις, x = 10 3 Μ άρα poh = 3 ή ph = 11. Δ3. Με ποια αναλογία όγκων πρέπει να αναμείξουμε τα διαλύματα Υ1 και Υ4 για να προκύψει διάλυμα Υ5 με ph ίσο με 13; Έχουμε ανάμειξη διαλυμάτων ουσιών που αντιδρούν μεταξύ τους. Βρίσκουμε τα mol της κάθε ουσίας mol HCl=0,1 V1 mol Ca(OH)2=0,1V4 ρχικά ντιδρούν Τελικά Ca(OH)2 0,1V4 ψ 0,1 V4 - ψ 2HCl 0,1 V1 2ψ CaCl2 2H2O ψ ψ 0,1 V1-2ψ ν έχουμε πλήρη εξουδετέρωση το Υ5 θα περιέχει μόνο CaCl2 και θα είναι ουδέτερο με ph = 7. ν το HCl βρίσκεται σε περίσσεια το Y5 θα περιέχει HCl και CaCl2 και θα είναι όξινο με ph < 7. Άρα για να έχουμε ph = 13 πρέπει το Ca(OH)2 να βρίσκεται σε περίσσεια και να αντιδρά όλη η ποσότητα του HCl οπότε 0,1 V1-2ψ = 0 ή ψ = 0,05V1 το Υ5 υπάρχουν: 0,05V1 mol CaCl2 που δεν επηρεάζει το ph του διαλύματος. (0,1 V4-0,05V1)mol Ca(OH)2. Πινακάκι 2 γραμμών για τη διάσταση του Ca(OH)2 με [ΟΗ-] = 2C5M ph poh = pkw ή poh = 1 ή [ΟΗ-] = 0,1Μ ή C5 = 0,05Μ πό την επίλυση της σχέση που μας δίνει τη συγκέντρωση του Ca(OH)2 προκύπτει ότι V1/V4 = 1/2 Δ4. ν διαθέτουμε 220 ml από το διάλυμα Υ1 και 220 ml από το διάλυμα Υ3 ποιος είναι ο μέγιστος όγκος διαλύματος Υ6 με ph = 10 που μπορούμε να παρασκευάσουμε; Έχουμε ανάμειξη διαλυμάτων ουσιών που αντιδρούν μεταξύ τους. Βρίσκουμε τα mol της κάθε ουσίας mol HCl=0,1 V1 mol ΝΗ3 = 0,1V3 ρχικά ντιδρούν Τελικά ΝΗ3 0,1V3 φ 0,1 V3 - φ HCl 0,1 V1 φ ΝΗ4Cl H 2O φ φ 0,1 V1 - φ ν έχουμε πλήρη εξουδετέρωση το Υ6 θα περιέχει μόνο ΝΗ4Cl και θα είναι όξινο με ph < 7. 7

8 ν το HCl βρίσκεται σε περίσσεια το Y6 θα περιέχει HCl και ΝΗ4Cl και θα είναι όξινο με ph < 7. Άρα για να έχουμε ph = 10 πρέπει η ΝΗ3 να βρίσκεται σε περίσσεια και να αντιδρά όλη η ποσότητα του HCl. 0,1 V1- φ = 0 ή φ = 0,1V1 το Υ6 υπάρχουν: (0,1V3-0,1V1) mol NH3 και 0,1V1 mol NH4Cl με συγκεντρώσεις C(NH3) = (0,1V3-0,1V1)/V6 M και C(NH4Cl) = 0,1V1/V6 M αντίστοιχα. Πινακάκι 2 γραμμών με C(NH4Cl) για την διάσταση του άλατος, Πινακάκι 4 γραμμών με C(NH3) και λ για τον ιοντισμό της ΝΗ, Ε.Κ.Ι στα ΝΗ4. πό την έκφραση της Kb για την ΝΗ3 με δεδομένο ότι λ = 10-4 Μ, λαμβάνοντας τις κατάλληλες προσεγγίσεις βρίσκουμε V3 = 11V1. Άρα ο μέγιστος όγκος του διαλύματος Υ6 που μπορούμε να παρασκευάσουμε είναι αν χρησιμοποιήσουμε 20 ml από το Υ1 και 220 ml από το Υ3 οπότε V6 = 20 ml 220 ml ή V6 = 240mL Μονάδες 10 Δίνονται Ka(HBrO) = 10-9, Kb(NH3) = 10-5, Kw = και ότι τα δεδομένα επιτρέπουν τις γνωστές προσεγγίσεις. ΕΥΧΟΜΤΕ ΕΠΙΤΥΧΙ!!! 8