Ομογενής και Ετερογενής Ισορροπία

Transcript

1 Ομογενής και Ετερογενής Ισορροπία Ομογενής ισορροπία : N 2(g) + O 2(g) 2NO (g) Ετερογενής ισορροπία : Zn (s) + 2H (aq) + Zn (aq) ++ + H 2(g)

2 Σταθερά χηµικής ισορροπίας Kc: Για την αµφίδροµη χηµική αντίδραση: αα (g) + βb (g) γγ (g) + δ (g) η σταθερά χηµικής ισορροπίας Kc δίνεται από τη σχέση: Μεταβάλλεται ΜΟΝΟ με τη θερμοκρασία: Αυξάνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας σε ενδόθερμες αντιδράσεις

3 Έστω η αντίδραση k 1 ( g ) ( g ) k ( g ) ( g ), 2 η οποία είναι απλή και προς τις δυο κατευθύνσεις. Στην κατάσταση Χ.Ι. ισχύει: Σταθερά ισορροπίας k [ ] [ ] k [ ] [ ] [ ] [ ] k 1 [ ] [ ] k2 K c Οι μονάδες της Κc είναι Μ (γ+δ)-(α+β), αλλά συνήθως παραλείπονται.

4 Σταθερά ισορροπίας 1. Η τιμή της Κc εξαρτάται μόνο από την θερμοκρασία. 2. Στην έκφραση της Κ c αναγράφονται μόνο οι συγκεντρώσεις των αερίων(g) και των διαλυμάτων(aq) 3. Aν Κc η σταθερά ΧΙ της αντίδρασης Α Β, τότε η σταθερά ΧΙ της αντίδρασης Β Α είναι Κ c = 1/ Κ c 4. Όσο μεγαλύτερη είναι η τιμή της Κ c, τόσο περισσότερο η ΧΙ είναι μετατοπισμένη προς τα δεξιά. Στις μονόδρομες αντιδράσεις Κc. 5. Σε εξώθερμη αντίδραση (ΔΗ<0), όταν θ, τότε, ΧΙ, Κ c και α 6. Σε ενδόθερμη αντίδραση (ΔΗ>0), όταν θ, τότε ΧΙ, Κ c και α

5 Σταθερά ισορροπίας Η τιμή της Κ είναι ανεξάρτητη από τα στάδια που γίνεται η αντίδραση και εξαρτάται μόνο από τα αρχικά και τελικά προϊόντα. 2Α + Β Γ + Δ Σε ένα στάδιο : [ ][ ] 2 [ ] [ ] Σε δύο στάδια : 2Α X + Β X Γ + Δ [ X ] 2 [ ] 1 [ ][ ] [ X ][ ] ' 1 1 ' 1

6 Σταθερά ισορροπίας Αν πολλαπλασιάσουμε μία αντίδραση με ένα συντελεστή τότε η σταθερά ισορροπίας της αντίδρασης που προκύπτει είναι ίση με την προηγούμενη υψωμένη στην αντίστοιχη δύναμη

7 Σταθερά ισορροπίας ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ Η Κc αναφέρεται σε συγκεκριµένη χηµική εξίσωση που περιγράφει µία χηµική ισορροπία. Κατά συνέπεια, αν αλλάξει η µορφή της χηµικής εξίσωσης, αλλάζει και η τιµή της Κc. Για παράδειγµα: N 2(g) + 3H 2(g) 2NH 3(g) 2HI(g) H (g) + I (g) 2 2 2SO 2(g) + O 2(g) 2SO 3(g) Kc Kc Kc 2 [NH 3] [N ][H ] [H 2][I 2] 2 [HI] [SO ] [SO ] [O ]

8 Σταθερά ισορροπίας N 2 (g) + 3H 2 (g) 2NH 3 (g) at 500 C expt Initial Concentrations Equilibrium Concentrations [N 2 ] [H 2 ] [NH 3 ] [N 2 ] [H 2 ] [NH 3 ] K [NH 3] 2 [N 2 ] [H 2 ] 3 I II III

9 Σταθερά ισορροπίας Ποια η τιμή της σταθεράς χημικής ισορροπίας (Kc) για την αντίδραση ΑΒ? a) 9.0 b) 1.0 c) 0.90 d) 0.11

10 Σταθερό

11 Σταθερά ισορροπίας Από την έκφραση της Κc παραλείπονται οι συγκεντρώσεις των καθαρών στερεών και των καθαρών υγρών που µετέχουν σε ετερογενείς ισορροπίες.

12 Σταθερά ισορροπίας SnCl 2(s) + 2CO(g) Sn(s) + 2CO 2(g) Kc [CO 2] 2 [CO] Zn(s) + Cu (aq) Cu(s) + Zn (aq) Kc 2+ [Zn ] 2+ [Cu ]

13 CaCO 3 (s) CaO (s) + CO 2 (g) K C= C CO2 Η C CO2 Μένει σταθερή ανεξάρτητα από τις ποσότητες CaCO3 (s) και CaO (s) που περιέχονται στο δοχείο σε σταθερή θερμοκρασία

14 Σταθερά ισορροπίας εξαρτώνται από την αντίδραση στην οποία αναφέρονται και ειδικότερα από τους συντελεστές της. Γενικά, οι µονάδες της είναι:(mol/l) (γ + δ) - (α + β). Συνήθως αναφέρεται χωρίς µονάδες. Η τιµή της Kc αποτελεί µέτρο για την απόδοση µίας αµφίδροµης αντίδρασης. Όσο πιο µεγάλη είναι η τιµή της Kc, τόσο πιο µεγάλη η απόδοση της αντίδρασης.

15 Σταθερά ισορροπίας aa + bb cc + dd P i : Μερικές πιέσεις ( RT) p C Δn=(c+d)-(α+β) n

16 Στην κατάσταση ΧΙ και εφόσον η θερμοκρασία δεν μεταβάλλεται, το πηλίκο [ ] [ ] [ ] [ ] Όμως P A n A παραμένει σταθερό και ίσο με την Κc της συγκεκριμένης αντίδρασης. R T V n V P C R T A PA R T A A Ανάλογα: P C R T, P C R T, P C R T B B P P Επομένως και το πηλίκο P P Το πηλίκο αυτό ονομάζεται Κp. Δηλαδή : Η Kp εξαρτάται μόνο από την θερμοκρασία Έχει μονάδες atm (γ+δ)-(α+β) Σταθερά ισορροπίας παραμένει σταθερό. K p P P P P

17 K p P P P P K p Σταθερά ισορροπίας ( C R T ) ( C R T ) ( C R T ) ( C R T ) A B K p C ( R T ) C ( R T ) C ( R T ) C ( R T ) K p C C ( R T ) ( R T ) C C ( R T ) ( R T ) K K p C ( RT ) ( RT ) ( ) ( ) K K ( RT ) p C

18 Σταθερά ισορροπίας Να γράψετε την έκφραση για την Kp για κάθε μια από τις παρακάτω αντιδράσεις: 1) N 2 (g) + 3H 2 (g) 2NH 3 (g) 2) CaCO 3 (s) CaO(s) + CO 2 (g) 3) H 2 (g) + I 2 (g) 2HI(g) Για ποια από τις τρεις αντιδράσεις ισχύει Κp=Kc; Πότε συμβαίνει αυτό γενικά;

19 Μερική πίεση Μερική πίεση (p A ) ενός αερίου συστατικού Α αερίου µίγµατος, ονοµάζεται η πίεση που θα ασκούσε το αέριο, αν µόνο του καταλάµβανε όλο τον όγκο του δοχείου, στην ίδια θερµοκρασία. Νόµος µερικών πιέσεων του Dalton: Η ολική πίεση (Ρ) ενός αέριου µίγµατος, σε ορισµένη θερµοκρασία, είναι ίση µε το άθροισµα των µερικών πιέσεων των συστατικών του: P = p A + p B +... Γραµµοµοριακό κλάσµα (x A ), είναι το πηλίκο των mol του συστατικού Α (n A ) προς τα συνολικά mol του µίγµατος (n ολ ).: x A = n A /n ολ Η µερική πίεση ενός αερίου είναι ίση µε το γραµµοµοριακό κλάσµα του αερίου επί την ολική πίεση του µίγµατος: p A = x A P ή p A = (n A /n ολ )P

20 Μερικές πιέσεις

21 P H 2 n H 2 R T V P He n He R T V P n R T V

22 Επειδή: Νόμος μερικών πιέσεων του Dalton P P A P B... P A P P B P P A n n n A B R T V R T V R T V n X A A, n Προφανώς: PA n P n nb XB,, n P P n n A και B B Το X i ονομάζεται γραμμομοριακό κλάσμα του συστατικού i και είναι καθαρός αριθμός. na PA X A PA XAP n P Παρόμοια: PB XBP και γενικά: Pi Xi P n i n X i

23 Πηλίκο αντίδρασης Q < K eq η αντίδραση θα πάει προς δεξιά Q > K eq η αντίδραση θα πάει προς αριστερά Q = K eq η αντίδραση είναι σε ισορροπία

24 Άσκηση Σε δοχείο εισάγονται 1 mol H 2 και 2 mol I 2 και αντιδρούν στους 448C. Στην ισορροπία έχουμε 1.87 mol HI. Υπολογίστε την K c στους 448C της αντίδρασης: H 2 (g) + I 2 (g) 2 HI (g)

25 Άσκηση H 2 I 2 HI Αρχικά Μεταβολή -x -x +2x Τελικά 1-x 2-x 2x 2x=1,87x=0.935 [HI] 2 (1.87) 2 K c = = = 51 [H 2 ] [I 2 ] (0,065 )(1,065)

26 Άσκηση Αν για την αντίδραση K c =9.6 στους 300 C υπολογίστε K p για αυτήν την αντίδραση στην ίδια θερμοκρασία.

27 Άσκηση Το NO μπορεί να παρασκευαστεί από Ν 2 και Ο 2 σύμφωνα με την αντίδραση για την οποία K c = Θεωρείτε ότι είναι κατάλληλη αντίδραση για αυτό το σκοπό?

28 Άσκηση Αν γνωρίζετε ότι υπολογίστε την K c για την αντίδραση

29 Άσκηση Σε δοχείο 1 L εισάγονται 2 mol H 2 και 2 mol I 2 τα οποία αντιδρούν στους 448C. Αν K c =64 στους 448C υπολογίστε τη σύσταση ισορροπίας του μίγματος.

30 Άσκηση H 2 I 2 HI Αρχικά Μεταβολή -x -x +2x Τελικά 2-x 2-x 2x K c = [HI] 2 [H 2 ] [I 2 ] (2x) (2-x) = 8 x=1.6 (2x) 2 = = 64 (2-x)(2-x)

31 Άσκηση Έστω η αντίδραση 2 SO 2 (g) + O 2 (g) 2 SO 3 (g) ΔH < 0 Προς ποια κατεύθυνση θα μετατοπιστεί η ισορροπία αν: (a) Προστεθεί O 2 (g) ; (b) Αυξηθεί η θερμοκρασία; (c) Διπλασιαστεί ο όγκος του δοχείου; (d) Απομακρυνθεί ποσότητα SO 3 (g) ;

32 Άσκηση 2 SO 2 (g) + O 2 (g) 2 SO 3 (g) ΔH < 0 a) Προσθήκη O 2 μετατόπιση δεξιά b) Αύξηση θερμοκρασίας μετατόπιση αριστερά c) Αύξηση όγκου μετατόπιση προς αριστερά d) Απομάκρυνση SO 2 μετατόπιση προς δεξιά