Χ Η Μ Ι Κ Η Ι Σ Ο Ρ Ρ Ο Π Ι Α

Transcript

1 Χ Η Μ Ι Κ Η Ι Σ Ο Ρ Ρ Ο Π Ι Α ( θ ε ω ρ ί α κ α ι μ ε θ ο δ ο λ ο γ ί α π ρ ο β λ η μ ά τ ω ν ) Εισαγωγή Οι χημικές αντιδράσεις, ανάλογα με το ποσοστό μετατροπής των αντιδρώντων, προς τα προϊόντα, χωρίζονται σε δύο κατηγορίες: Ι. Μονόδρομες ή ποσοτικές αντιδράσεις. Γίνονται μόνο προς τη μία κατεύθυνση, π.χ. 2Η 2 + Ο 2 2H 2 Ο ΙΙ. Αμφίδρομες ή μη ποσοτικές αντιδράσεις. Γίνονται και προς τις δύο κατευθύνσεις και καταλήγουν σε χημική ισορροπία. π.χ. H 2 + I 2 2HI Ι. Μονόδρομες ή ποσοτικές αντιδράσεις Μονόδρομη ή ποσοτική ονομάζεται κάθε αντίδραση, κατά την οποία, ένα ή περισσότερα αντιδρώντα σώματα, μετατρέπονται πλήρως ( 100% ) προς προϊόντα. Μονόδρομες ή ποσοτικές είναι όλες οι αντιδράσεις διπλής αντικατάστασης, δηλαδή αντιδράσεις του τύπου : Α + Β + Γ + Δ Α + Δ + Γ + Β, οι αντιδράσεις ιοντισμού ισχυρών οξέων και ισχυρών βάσεων, καθώς και ορισμένες αντιδράσεις μοριακές. π.χ. 2Η 2 + Ο 2 2H 2 Ο Κλάσμα μετατροπής της ουσίας i (κλάσμα του mol που αντέδρασε) Κλάσμα μετατροπής της ουσίας i ( x i ), ονομάζουμε το πηλίκο των mol από της ουσίας i που αντέδρασαν, προς το σύνολο των mol της ουσίας i, που διατέθηκαν συνολικά στην έναρξη της αντίδρασης. Κλάσμα μετατροπής της ουσίας i : x i = Στοιχειομετρική ανάμειξη αντιδρώντων: Λέμε ότι τα αντιδρώντα σώματα, αναμιγνύονται στοιχειομετρικά, όταν η ανάμειξή τους γίνεται με λόγο mol ίσο με τον λόγο των συντελεστών τους στη χημική εξίσωση. Όταν έχουμε στοιχειομετρική ανάμειξη αντιδρώντων ουσιών και η αντίδραση είναι μονόδρομη, δηλ. ποσοτική, τότε όλα τα αντιδρώντα μετατρέπονται πλήρως ( 100% ) προς προϊόντα.

2 2 Άσκηση1. 2 mol N 2 και 6 mol Η 2 εισάγονται σε δοχείο, οπότε αντιδρούν ποσοτικά προς αμμωνία. Ποιες ουσίες και πόσα mol για κάθε μία θα περιέχονται τελικά στο δοχείο; Απάντηση : N 2 + 3Η 2 2ΝΗ 3 mol ανάμειξης: 2 mol 6 mol, έχουμε στοιχειομετρική ανάμειξη N 2 και Η 2 διότι = = = λόγος συντελεστών Ν 2, Η 2. Πίνακας μεταβολών (λόγω της αντίδρασης ) ( mol ) : N 2 + 3H 2 2NH 3 αρχικά : 2 6 αντιδρούν : 2 6 παράγονται : 4 τελικά. : 4 Δηλαδή το δοχείο, μέσα στο οποίο έγινε η αντίδραση, θα περιέχει τελικά, εφ όσον η αντίδραση είναι ποσοτική, μόνον 4 mol NH 3. κλάσμα του mol του N 2 που αντέδρασε : = = 1 και για το H 2 : = = 1 Το κλάσμα μετατροπής της ουσίας i, επί 100 μας δίνει το % ποσοστό της ουσίας i που αντέδρασε. Δηλ. στο προηγούμενο παράδειγμα αντέδρασε το 100 % τόσο του N 2, όσο και του H 2. Μη στοιχειομετρική ανάμειξη αντιδρώντων Λέμε ότι τα αντιδρώντα σώματα, αναμιγνύονται μη στοιχειομετρικά, όταν η ανάμειξη τους γίνεται με λόγο mol διαφορετικό από τον λόγο των συντελεστών της εξίσωσης. Όταν έχουμε μη στοιχειομετρική ανάμιξη αντιδρώντων ουσιών και η αντίδραση είναι μονόδρομη, δηλ. ποσοτική, τότε κάποιο από τα αντιδρώντα δεν μετατρέπεται πλήρως (100 %) προς προϊόντα. Άσκηση2. Αναμιγνύονται 2 mol N 2 με 8 mol H 2, σε κλειστό δοχείο. Τα δύο αέρια στις συνθήκες του δοχείου αντιδρούν ποσοτικά και δίνουν αμμωνία. α. ποια η ποιοτική και ποσοτική σύσταση τελικά στο δοχείο; β. ποιο το κλάσμα μετατροπής και ποιο το αντίστοιχο ποσοστό για κάθε αντιδρόν; Απάντηση : N 2 + 3Η 2 2ΝΗ 3 mol ανάμιξης: 2 mol 8 mol, Δεν έχουμε στοιχειομετρική ανάμειξη N 2, Η 2 διότι = = < δηλ. περίσσεια Η 2 Πίνακας μεταβολών ( mol ) : N 2 + 3H 2 2NH 3 αρχικά : 2 8 αντιδρούν : 2 6 παράγονται : 4 τελικά. : 2 4 Από το λόγο των συντελεστών Ν 2, Η 2 προκύπτει ότι, για να αντιδράσουν x mol Ν 2 απαιτούνται 3x mol Η 2. Τα 2 mol Ν 2 απαιτούν 3 2 = 6 mol Η 2. Δηλ. θα αντιδράσει όλο το Ν 2 και θα περισσέψει Η 2.

3 3 α. Το δοχείο τελικά περιέχει : 2 mol Η 2 και 4 mol NH 3. Το αρχικό μίγμα περιείχε περίσσεια Η 2 έναντι του N 2 ( έλλειψη Ν 2 έναντι του Η 2 ). β. = = 1 και για το H 2 : = = = 0,75 Δηλαδή αντέδρασε το 100 % του N 2 και το 75 % του Η 2. Άσκηση3. Αναμιγνύονται 3 mol N 2 με 6 mol H 2, σε κλειστό δοχείο. Τα δύο αέρια στις συνθήκες του δοχείου αντιδρούν ποσοτικά και δίνουν αμμωνία. α. ποια η ποιοτική και ποσοτική σύσταση τελικά στο δοχείο; β. ποιο το κλάσμα μετατροπής και ποιο το αντίστοιχο ποσοστό για κάθε αντιδρόν; Απάντηση : N 2 + 3Η 2 2ΝΗ 3 mol ανάμειξης: 3 mol 6 mol, Δεν έχουμε στοιχειομετρική ανάμειξη N 2, Η 2 διότι = = > δηλ. περίσσεια Ν 2 Πίνακας μεταβολών ( mol ) N 2 + 3H 2 2NH 3 αρχικά : 3 6 αντιδρούν : 2 6 παράγονται : 4 τελικά. : 1 4 Από το λόγο των συντελεστών Ν 2, Η 2 προκύπτει ότι, για να αντιδράσουν x mol Ν 2 απαιτούνται 3x mol Η 2. Τα 3 mol Ν 2 απαιτούν 3 3 = 9 mol Η 2. Έχουμε επομένως έλλειψη Η 2 έναντι του Ν 2. Θα αντιδράσει όλο το Η 2 και θα περισσέψει Ν 2. α. Το δοχείο τελικά περιέχει : 1 mol Η 2 και 4 mol NH 3. β. = και για το H 2 : = = 1 Δηλαδή αντέδρασε το 66,7 % του N 2 και το 100 % του Η 2. Παρατηρείστε ότι τα mol των προϊόντων που παράγονται, καθορίζονται από την αντιδρώσα ουσία που είναι σε έλλειψη.

4 8ο ΓΕΛ Πειραιά. Μεθοδολογία Προβλημάτων Χημικής Ισορροπίας. 4 ΙI. ΑΜΦΙΔΡΟΜΕΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ "Αμφίδρομη αντίδραση ονομάζουμε κάθε αντίδραση η οποία γίνεται και προς τις δύο κατευθύνσεις και καταλήγει σε χημική ισορροπία." π.χ. 2CO(g) + O2(g) 2CO2(g) " Χημική Ισορροπία ονομάζουμε την σταθερή κατάσταση στην οποία καταλήγουν δύο αντίθετες αντιδράσεις (αμφίδρομη αντίδραση), οι οποίες συνεχίζουν να πραγματοποιούνται με τον ίδιο ρυθμό, με αποτέλεσμα να μην μεταβάλλονται οι ποσότητες των σωμάτων που παίρνουν μέρος στην ισορροπία". Κινητική προσέγγιση μελέτη της Χημικής Ισορροπίας ( πορεία χημικού συστήματος προς τη Χημική Ισορροπία ) Α. Σε κλειστό δοχείο, σταθερού όγκου, εισάγουμε Η2 και I2 σε συνθήκες όπου αυτά αντιδρούν μεταξύ τους και δίνουν HI σύμφωνα με την αντίδραση H2(g) + I2(g) 2HI(g) με ταχύτητα u1. Η διαδοχική στιγμιαία προσομοίωση της κινητικής κατάστασης των μορίων που συμμετέχουν στην αντίδραση παριστάνεται στο σχήμα : H H υ υ I I H, κίνηση μορίων πριν τη σύγκρουση H I H I I, H σύγκρουση μορίων I μόρια μετά τη σύγκρουση ( προϊόντα ) κινητική προσομοίωση της αντίδρασης H2(g) Η ταχύτητα u1, με την οποία αντιδρούν το H2 και το I2 + I2(g) 2HI(g) u προς HI, είναι αρχικά μέγιστη, αλλά με την πάροδο του u1 χρόνου μειώνεται, διότι λόγω της αντίδρασης μικραίνει η συγκέντρωση του H2 και του I2. 0 t u1 = f(t) Μεταβολή της υ1 σε σχέση με το χρόνο

5 5 8ο ΓΕΛ Πειραιά. Μεθοδολογία Προβλημάτων Χημικής Ισορροπίας. Β. Όταν το HI παραχθεί σε ικανοποιητική ποσότητα, διασπάται προς H2 και I2 σύμφωνα με την αντίδραση: 2HI(g) H2(g) + I2(g) με ταχύτητα u2. Μία αναπαράσταση της διάσπασης του HI δίνεται στο σχήμα : I Ι Ι υ I υ H Η Ι I H Η, κίνηση μορίων πριν τη σύγκρουση, H Η σύγκρουση μορίων μόρια μετά τη σύγκρουση ( προϊόντα ) κινητική προσομοίωση της αντίδρασης : 2HI(g) Η ταχύτητα u2, H2(g) + I2(g) με την οποία διασπάται το HΙ προς Η2 u και I2, είναι αρχικά μηδενική. Με την πάροδο του χρόνου η u2 αυξάνεται, διότι, λόγω της αντίδρασης : u2 H2 + I2 2HI αυξάνει η συγκέντρωση του HI. 0 u 2 = f(t) t Μεταβολή της υ2 σε σχέση με το χρόνο Τελικά μέσα στο δοχείο γίνονται δύο αντίθετες αντιδράσεις : 1η : Η2 + I2 2HI με ταχύτητα υ1. 2η : 2HI H2 + I2 με ταχύτητα υ2. u u1 Οι δύο αντίθετες αντιδράσεις μπορούν να γραφούν σε μια χημική εξίσωση, η οποία παριστάνεται με δύο αντίθετα βελάκια, ως εξής: Η2(g) + I2(g) 2HI(g) H γραφική παράσταση της υ1 έναντι του χρόνου ( t ), είναι φθίνουσα και της υ2, αύξουσα. u1 = f(t) : u1 και u2 = f(t) : u2 0 tx.i. t Οι ταχύτητες υ1 και υ2 συναρτήσει του χρόνου t και η αποκατάσταση της ισορροπίας. u2 Σε ορισμένη χρονική στιγμή ( tx.i. ), από την έναρξη της αντίδρασης, επιτυγχάνεται εξίσωση ταχυτήτων u1= u2, οπότε λέμε ότι το σύστημα έχει καταλήξει σε Η2(g) + I2(g) Χημική Ισορροπία, και συμβολίζουμε: 2HI(g)

6 8ο ΓΕΛ Πειραιά. Μεθοδολογία Προβλημάτων Χημικής Ισορροπίας. 6 Όταν το χημικό σύστημα Η2, I2 και ΗI, καταλήξει σε χημική ισορροπία ( u1= u2 ), τότε οι συγκεντρώσεις των σωμάτων, που παίρνουν μέρος στην ισορροπία σταθεροποιούνται, διότι όλα τα σώματα αντιδρούν και παράγονται με τον ίδιο ρυθμό. Αυτό σημαίνει ότι : αν σε χρόνο dt, x μόρια Η2 και x μόρια I2 μετατράπηκαν προς 2x μόρια HI κατά την : μόρια : Η2(g) + I2(g) x x 2HI(g) 2x στον ίδιο χρόνο dt, 2x μόρια HI διασπάστηκαν προς x μόρια Η2 και x μόρια I2 κατά την : μόρια : 2HI(g) 2x H2(g) + x I2(g) x Παρατηρήστε ότι η μεταβολή μορίων για κάθε αέριο χωριστά είναι μηδέν. Δυναμική Ισορροπία : Ένα χημικό σύστημα που βρίσκεται σε κατάσταση ισορροπίας, λέμε ότι βρίσκεται σε «δυναμική ισορροπία», διότι η αντίδραση δεν σταματάει, αλλά συνεχίζει να πραγματοποιείται και προς τις δύο κατευθύνσεις με τον ίδιο ρυθμό ( u1 = u2 ). Αμφίδρομες είναι ορισμένες μοριακές αντιδράσεις της Ανόργανης Χημείας, ο ιοντισμός των ασθενών οξέων και των ασθενών βάσεων σε υδατικά διαλύματα και σχεδόν όλες οι αντιδράσεις της Οργανικής Χημείας. Παρατήρηση : όλες οι αντιδράσεις, σε ορισμένες συνθήκες, μπορούν να γίνουν αμφίδρομες. «Ομογενής Ισορροπία: είναι η ισορροπία εκείνη κατά την οποία όλα τα σώματα, που παίρνουν μέρος στην αντίδραση, έχουν την ίδια φυσική κατάσταση.» Π.χ. Η2 (g) + I2 (g) 2ΗI (g) : όπου (g) =αέριο. «Ετερογενής Ισορροπία: Ονομάζεται η ισορροπία εκείνη στην οποία τα σώματα που παίρνουν μέρος στην αντίδραση έχουν διαφορετική φυσική κατάσταση» π.χ. H2 (g) + S(s) H2S (g) : όπου (s) =στερεό. ΑΠΟΔΟΣΗ (Α) ΑΜΦΙΔΡΟΜΗΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗΣ «Απόδοση (Α) αμφίδρομης αντίδρασης, ονομάζουμε το επί τοις εκατό (%) ποσοστό, ενός προϊόντος, που παράχθηκε από την αμφίδρομη αντίδραση, σε σχέση με εκείνο που θα παραγόταν, αν η αντίδραση ήταν ποσοτική (μονόδρομη)». Η Απόδοση ( Α ) αμφίδρομης αντίδρασης υπολογίζεται από την σχέση: Α= Όπου : nπρ = 100 τα mol, της προϊόντος i, που παράχθηκαν στην πράξη από την αμφίδρομη αντίδραση. nθεωρ= τα mol, του ίδιου προϊόντος i, που θα παράγονταν θεωρητικά, αν η αντίδραση ήταν μονόδρομη (ποσοτική).

7 7 Άσκηση4. Σε δοχείο, σταθερού όγκου, εισάγονται 2 mol Ν 2 και 6 mol Η 2. Αφού αποκατασταθεί χημική ισορροπία, στο δοχείο περιέχονται 3 mol ΝΗ 3. Ποια η Λύση. απόδοση της αμφίδρομης αντίδρασης: Ν 2 + 3Η 2 2ΝΗ 3 ; Πίνακας μεταβολών : ( mol ) N 2 + 3H 2 2NH 3 αρχ. 2 6 αντ-παρ. x 3x 2x τελ. 2 x 6 3x 2x Της σύμφωνα με την εκφώνηση, στην χημική ισορροπία: n ΝΗ3 = 3 2x = 3 x = 1,5 Αν η αντίδραση ήταν μονόδρομη: ( mol ) Ν Η 2 2ΝΗ 3 αρχ. 2 6 αντ-παρ τελ. 4 Επομένως αν η αντίδραση ήταν μονόδρομη θα παράγονταν θεωρητικά: n θεωρ = 4 mol NH 3. Απόδοση: Α = 100 Α = 100 Α = 75%. Δηλαδή από την αμφίδρομη αντίδραση παράχθηκε το 75% της ΝΗ 3, σε σχέση με την ΝΗ 3 που θα παραγόταν αν η αντίδραση ήταν μονόδρομη. Συντελεστής απόδοσης αμφίδρομης αντίδρασης ( α ). «Ορίζεται από το πηλίκο, των mol ( n πρ ), ενός προϊόντος i της αμφίδρομης αντίδρασης, προς τα θεωρητικά προβλεπόμενα να παραχθούν mol ( n θεωρ ) του ίδιου προϊόντος i, αν η αντίδραση ήταν μονόδρομη». Υπολογίζεται από την σχέση: α = με 0 α 1 ( αν α = 1 η αντίδραση είναι μονόδρομη ) Επομένως για την Απόδοση : Α=α 100 με 0 Α 100 Μ Ε Θ Ο Δ Ο Ι Υ Π Ο Λ Ο Γ Ι Σ Μ Ο Υ Τ Η Σ Α Π Ο Δ Ο Σ Η Σ ( Α ) Ι. Στοιχειομετρική ανάμειξη αντιδρώντων. Ο συντελεστής απόδοσης (α) μπορεί να υπολογιστεί από οποιαδήποτε αντιδρώσα ουσία i από το πηλίκο: α = Υπενθυμίζουμε ότι, για οποιαδήποτε αντιδρώσα ουσία i, το κλάσμα μετατροπής της ουσίας i, είναι το πηλίκο των mol της ουσίας i που αντιδρούν, προς τα αρχικά mol της ουσίας i. Εφ όσον η ουσία i δεν είναι σε περίσσεια έναντι των υπόλοιπων αντιδρώντων, τότε το κλάσμα μετατροπής της ουσίας i, είναι ίσο με τον συντελεστή απόδοσης α της αμφίδρομης αντίδρασης.

8 8 Άσκηση5. Σε δοχείο σταθερού όγκου, εισάγουμε 0,2 mol N 2 και 0,6 mol H 2. Μετά την Λύση αποκατάσταση της ισορροπίας: 3Η 2(g) + N 2(g) 2NΗ 3(g), στο δοχείο βρέθηκαν 0,3 mol NH 3. α. Η σύσταση της χημικής ισορροπίας. β. Να υπολογιστεί ο συντελεστής απόδοσης (α) και η απόδοση (Α) της αντίδρασης. γ. Το κλάσμα μετατροπής του Ν 2 και του Η 2. Κατασκευάζουμε πίνακα μεταβολών: (mol) Ν 2(g) + 3Η 2(g) 2ΝΗ 3(g) αρχ. 0,2 0,6 αντ-παρ. x 3x 2x τελ. (Χ.Ι.). 0,2 x 0,6 3x 2x Σύμφωνα με την εκφώνηση στην Χ.Ι. : n NH3 = 0,3 mol 2x = 0,3 x = 0,15 α. Σύσταση χημικής ισορροπίας. Από τον πίνακα μεταβολών : = 0,2 x = 0,2 0,15 = 0,05 mol N 2 στη κατάσταση ισορροπίας. = 0,6 3x = 0,6 0,45 = 0,15 mol H 2 στη κατάσταση ισορροπίας. = 2x = 2 0,15 = 0,3 mol NH 3 στη κατάσταση ισορροπίας. β. Απόδοση και Συντελεστής απόδοσης (α) Λόγος ανάμιξης mol Ν 2, Η 2 : = = = λόγος συντελεστών. Δηλαδή έχουμε στοιχειομετρική ανάμιξη Ν 2, Η 2 και η απόδοση (Α) μπορεί να υπολογιστεί από οποιοδήποτε σώμα, το Ν 2, ή το Η 2, ή την ΝΗ 3. ( Ι ) από το Ν 2 : α = α = α = α = 0,75 Α=75 % (ΙΙ) από το Η 2 : α = α = = α = α = 0,75 Α=75 % ( ΙΙΙ ) από την ΝΗ 3 : Θα υπολογίσουμε πρώτα, πόσα mol ΝΗ 3 θα παράγονταν θεωρητικά, αν η αντίδραση ήταν μονόδρομη. Ν 2(g) + 3Η 2(g) 2ΝΗ 3(g) 1 mol 2 mol 0,2 mol x 1 =; Άρα x 1 = 2 0,2 = 0,4 mol ΝΗ 3, επομένως για την ΝΗ 3 : n θεωρ = 0,4 mol. Οπότε: α = α = = α = α = 0,75 Α=75 % παρατήρηση: Στη πράξη η απόδοση υπολογίζεται από ένα και μόνο, αντιδρόν σώμα.

9 9 II. Μη στοιχειομετρική ανάμειξη αντιδρώντων. Όταν ένα από τα αντιδρώντα σώματα είναι σε περίσσεια, ( δηλαδή αν δεν έχουμε στοιχειομετρική ανάμιξη των αντιδρώντων σωμάτων ), τότε ο συντελεστής απόδοσης (α) και η απόδοση (Α), υπολογίζονται από την αντιδρώσα ουσία που είναι σε έλλειψη έναντι των άλλων. Άσκηση6. Σε δοχείο σταθερού όγκου, εισάγουμε 2 mol Ν 2 και 5 mol H 2. Tα δύο αέρια Λύση αντιδρούν σύμφωνα με την : N 2(g) + 3H 2(g) 2NH 3(g). Η απόδοση της αντίδρασης είναι 60%. α. Πόσα mol από κάθε σώμα θα περιέχονται στο δοχείο μετά την αποκατάσταση της ισορροπίας; β. Ποιο το ποσοστό του N 2 που αντέδρασε ; Ελέγχουμε αν υπάρχει περίσσεια. Θα υπολογίσουμε πόσα mol H 2, έπρεπε να βάλουμε αρχικά στο δοχείο, ώστε να αντιδράσουν πλήρως τα 2 mol του Ν 2, αν η αντίδραση ήταν μονόδρομη. N 2 + 3H 2 2NH 3. Συντελεστές : 1 mol 3 mol Ανάμειξη : 2 mol x 1 =; x 1 =3 2=6 mol H 2 Δηλαδή 6 mol H 2 έπρεπε να βάλουμε αρχικά στο δοχείο μαζί με τα 2 mol του Ν 2, ώστε να έχουμε στοιχειομετρική αναλογία. Εμείς βάλαμε στο δοχείο 5 mol H 2. Επομένως έχουμε έλλειψη H 2 ( περίσσεια Ν 2 ) και η απόδοση της αντίδρασης θα υπολογιστεί από το H 2. Κατασκευάζουμε πίνακα μεταβολών : ( mol ) Ν 2(g) + 3Η 2(g) 2ΝΗ 3(g) αρχ. 2 5 αντ.- παρ. x 3x 2x τελ. (Χ.Ι.) 2 x 5 3x 2x Απόδοση = 60% α =0,6 = 0,6 = 0,6 3x = 5 0,6 3x = 3 x =1 α. Επομένως στη χημική ισορροπία : = 2 x = 2 1 =1 mol N 2. = 5 3x = = 5 3 = 2 mol H 2. = 2x = 2 1 = 2 mol NH 3. Το κλάσμα μετατροπής του N 2 = = = = 0,5. Δηλαδή αντέδρασε το 50% του N 2 που βάλαμε αρχικά στο δοχείο. Το κλάσμα μετατροπής του Η 2 είναι 0,6 και το ποσοστό μετατροπής του 60 %, ταυτίζεται δε με την απόδοση της αντίδρασης.

10 10 ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ ΠΟΥ ΕΠΗΡΕΑΖΟΥΝ ΤΗΝ ΣΥΣΤΑΣΗ ΤΗΣ Χ.Ι. Η σύσταση του μίγματος ισορροπίας στο οποίο καταλήγει μια αμφίδρομη αντίδραση, καθορίζεται από την σταθερότητα των παραγόντων εκείνων, οι οποίοι αν μεταβληθούν, μεταβάλλεται και η σύσταση του μίγματος. Οι παράγοντες αυτοί είναι : Ι. Η συγκέντρωση ( C ) των ουσιών στη θέση της χημικής ισορροπίας. ΙΙ. Η πίεση των αερίων ( p ) ουσιών στη θέση της χημικής ισορροπίας. ΙΙΙ. Η θερμοκρασία ( T ) του μίγματος στη θέση της χημικής ισορροπίας. Ο τρόπος με τον οποίο οι παράγοντες αυτοί ( C, p, T ) επηρεάζουν τη σύσταση μίγματος ισορροπίας, καθορίζεται από την αρχή Le Chatelier ( ή αρχή φυγής προ της βίας ). "Όταν σε ένα χημικό σύστημα, που βρίσκεται σε κατάσταση χημικής ισορροπίας, μεταβληθεί ένας από τους παράγοντες που επηρεάζουν την ισορροπία ( C, p, Τ ), τότε το σύστημα μεταθέτει την ισορροπία, προς την κατεύθυνση εκείνη προς την οποία έχουμε άρση της επιφερόμενης μεταβολής". Ι. Επίδραση της θερμοκρασίας στη θέση της Χημικής Ισορροπίας. Για να προβλέψουμε προς ποια κατεύθυνση θα μετατεθεί η ισορροπία, αν μεταβάλουμε την θερμοκρασία ( Τ ), ενός χημικού συστήματος που βρίσκεται σε κατάσταση ισορροπίας, θα πρέπει να γνωρίζουμε ποια κατεύθυνση της αμφίδρομης αντίδρασης είναι ενδόθερμη και ποια εξώθερμη. Από την Θερμοχημεία γνωρίζουμε ότι, οι ενδόθερμες αντιδράσεις ευνοούνται σε υψηλές θερμοκρασίες και οι εξώθερμες σε χαμηλές. Έτσι, σύμφωνα με την αρχή Le Chatelier : i. «Όταν σε ένα χημικό σύστημα, το οποίο βρίσκεται σε κατάσταση ισορροπίας, αυξήσουμε την θερμοκρασία, τότε το σύστημα θα μεταθέσει την ισορροπία του προς την κατεύθυνση εκείνη, προς την οποία απορροφάται θερμότητα». Δηλαδή η αύξηση της θερμοκρασίας ευνοεί την ενδόθερμη αντίδραση. ii. «Όταν σε ένα χημικό σύστημα, το οποίο βρίσκεται σε κατάσταση ισορροπίας, μειώσουμε την θερμοκρασία, τότε το σύστημα θα μεταθέσει την ισορροπία του προς την κατεύθυνση εκείνη, προς την οποία ελευθερώνεται θερμότητα». Δηλαδή η μείωση της θερμοκρασίας ευνοεί την εξώθερμη αντίδραση. Έστω σύστημα Ν 2, Η 2 και ΝΗ 3, το οποίο βρίσκεται σε κατάσταση ισορροπίας, σύμφωνα με την αντίδραση: Ν 2(g) + 3Η 2(g) 2ΝΗ 3(g), ΔΗ = +22 Kcal. Αύξηση της θερμοκρασίας θα έχει σαν αποτέλεσμα την μετάθεση της ισορροπίας αριστερά, δηλαδή θα διασπαστεί ΝΗ 3 και θα παραχθούν Ν 2 και Η 2. Μείωση της θερμοκρασίας θα έχει σαν αποτέλεσμα την μετάθεση της ισορροπίας δεξιά, δηλαδή θα αντιδράσουν Ν 2 και Η 2 και θα παραχθεί ΝΗ 3.

11 11 Άσκηση7. Η ενθαλπία της αντίδρασης 2SO 2(g) + O 2(g) 2SO 3(g) είναι 42 Kcal. Σε δοχείο σταθερού όγκου V, περιέχονται σε κατάσταση ισορροπίας 4 mol SO 2, 3 mol O 2 και 5 mol SO 3, στους 127 o C και υπό πίεση 38,4 atm. Αυξάνουμε την θερμοκρασία του συστήματος στους 227 o C και αφού επιτευχθεί νέα ισορροπία στο δοχείο, η ολική πίεση βρίσκεται ίση με 46 atm. Πόσα mol από κάθε σώμα θα περιέχονται στο δοχείο στη νέα ισορροπία στους 227 o C; Λύση Αρχική ισορροπία στους 127 o C, ( T 1 = 400 Κ ). (mol ) 2SO 2(g) + O 2(g) 2SO 3(g) ΔΗ = 42 Kcal. X.I Αύξηση της θερμοκρασίας, σύμφωνα με την αρχή Le Chatelier, θα έχει σαν αποτέλεσμα την μετάθεση της ισορροπίας προς τα δεξιά, δηλαδή θα αντιδράσουν SO 2 και O 2 και θα παραχθεί SO 3. Έτσι στους 227 o C, ( T 2 =500 Κ ) : ( mol ) 2SO 2(g) + O 2(g) 2SO 3(g) αρχ α π. x x / 2 x Ν.Χ.Ι. 4 x 3 x / x Στη νέα χημική ισορροπία ( Ν.Χ.Ι.) : n 2 = 4 x x = 12 n 2 =12 0,5x Στους 127 o C : p 1 V=n 1 RT 1 = = Στους 227 o C : p 2 V=n 2 RT 2 = = = (12 0,5x)192 = x = x = x = 96 x = 1 Επομένως στη νέα ισορροπία θα έχουμε : = 4 x = 4 1 = 3 mol SO 2(g). = 3 = 3 = 2,5 mol O 2(g). = 5 + x = = 6 mol SO 3(g).

12 12 Άσκηση8. Σε δοχείο σταθερού όγκου περιέχονται σε κατάσταση ισορροπίας 4 mol CΟ, 2,5 mol O 2 και 8 mol CO 2 στους 127 o C, σύμφωνα με την αντίδραση : Λύση 2CO (g) + O 2(g) 2CO 2(g). Αυξάνουμε την θερμοκρασία στους 200 ο C οπότε στη νέα ισορροπία τα mol του O 2 είναι αυξημένα κατά 40 % σε σχέση με αυτά της αρχικής ισορροπίας. α). Ποια κατεύθυνση της ισορροπίας είναι ενδόθερμη; β). Ποια η σύσταση της ισορροπίας στους 200 ο C; α). Γνωρίζουμε, σύμφωνα με την αρχή Le Chatelier, ότι η αύξηση της θερμοκρασίας οδηγεί την ισορροπία προς εκείνη την κατεύθυνση προς την οποία απορροφάται θερμότητα. Επειδή η αύξηση της θερμοκρασίας, του συστήματος CO, O 2 και CO 2, που ισορροπεί, έχει σαν συνέπεια την αύξηση της ποσότητας του O 2 στο δοχείο, συμπεραίνουμε ότι, η προς τα αριστερά κατεύθυνση της ισορροπίας 2CO + O 2 2CO 2, είναι ενδόθερμη. β). Πίνακας μεταβολών : (mol ) 2CO (g) + O 2(g) 2CO 2(g) Στους 200 o C : αρχ. 4 2,5 8 α π. 2x x 2x Ν.Χ.Ι. 4 +2x 2,5+x 8 2x Σύμφωνα όμως με την εκφώνηση, τα mol του O 2 στη νέα ισορροπία είναι αυξημένα, σε σχέση με τα αρχικά, κατά 40 %. Δηλαδή : α = = x = 0,4 2,5 x = 1 Επομένως στη νέα ισορροπία θα έχουμε: = 4 + 2x = = 6 mol CO (g). = 2,5 + x = 2,5 + 1 = 3,5 mol O 2(g). = 8 2x = = 6 mol CO 2(g). ΙΙ. Επίδραση της πίεσης στη θέση της Χημικής Ισορροπίας. Η πίεση ( p ) αποτελεί παράγοντα ισορροπίας για εκείνες τις αμφίδρομες αντιδράσεις, στις οποίες παίρνουν μέρος αέρια σώματα και εφ όσον η μεταβολή αυτής συνοδεύεται και από μεταβολή των συνολικών mol των αερίων του συστήματος. Για παράδειγμα στην ισορροπία N 2(g) + 3H 2(g) 2NH 3(g) : μεταβολές mol προς τα δεξιά : 1 mol + 3 mol 2 mol Δn = 2 4 = 2 mol ενώ προς τα αριστερά : 1 mol + 3 mol 2 mol Δn = 4 2 = + 2 mol. Ενώ για την ισορροπία : N 2(g) + O 2(g) 2ΝΟ (g) δεν έχουμε μεταβολές όγκων : 1 mol + 1 mol 2 mol Δn = 0 Και αντίστροφα : 1 mol + 1 mol 2 mol Δn = 0 Για το πρώτο παράδειγμα, η πίεση αποτελεί παράγοντα ισορροπίας ( 4 mol 2 mol ), ενώ για το δεύτερο όχι, διότι στη δεύτερη ισορροπία η μεταβολή της πίεσης δεν συνοδεύεται και από μεταβολή των συνολικών mol για τα αέρια του συστήματος ( 2 mol 2 mol ).

13 13 Σύμφωνα με την αρχή Le Chatelier : i. "Όταν σε χημικό σύστημα, το οποίο βρίσκεται σε κατάσταση ισορροπίας, αυξήσουμε την πίεση ( p ), τότε το σύστημα μετατοπίζει την ισορροπία προς την κατεύθυνση εκείνη, προς την οποία μειώνονται τα συνολικά mol των αερίων του συστήματος." ii. "Oταν σε χημικό σύστημα, το οποίο βρίσκεται σε κατάσταση ισορροπίας, μειώσουμε την πίεση ( p ), τότε το σύστημα μεταθέτει την ισορροπία προς εκείνη την κατεύθυνση προς την οποία αυξάνονται τα συνολικά mol των αερίων του συστήματος." Έστω σύστημα N 2, H 2 και NH 3, το οποίο βρίσκεται σε κατάσταση ισορροπίας σύμφωνα με την αντίδραση : N 2(g) + 3H 2(g) 2NH 3(g). Αύξηση της πίεσης θα έχει σαν αποτέλεσμα, σύμφωνα με την αρχή Le Chatelier, την μετάθεση της ισορροπίας προς τα δεξιά, δηλαδή θα αντιδράσουν N 2 και H 2 και θα παραχθεί NH 3, διότι η κατεύθυνση αυτή οδηγεί σε μείωση των συνολικών mol των αερίων του συστήματος. Αντίθετα, η μείωση της πίεσης του συστήματος που ισορροπεί, θα έχει σαν αποτέλεσμα την διάσπαση NH 3 προς N 2 και H 2. Η μεταβολή της πίεσης, σε σύστημα N 2, Ο 2 και ΝΟ που ισορροπεί, σύμφωνα με την αντίδραση N 2(g) + Ο 2(g) 2ΝΟ (g), δεν θα έχει καμία επίδραση στη σύσταση ισορροπίας του συστήματος διότι δεν συνοδεύεται από μεταβολή των συνολικών mol των αερίων του συστήματος. Άσκηση9. Σε κλειστό δοχείο περιέχονται σε κατάσταση ισορροπίας 4 mol N 2, 7 mol Η 2 και 5 mol ΝΗ 3. Υπό σταθερή θερμοκρασία αυξάνουμε την πίεση του συστήματος, με μείωση του όγκου του δοχείου. Μετά την αποκατάσταση της νέας ισορροπίας, τα συνολικά mol των αερίων στο δοχείο, έχουν μεταβληθεί, σε σχέση με τα αρχικά, κατά 25%. Πόσα mol από κάθε σώμα θα περιέχονται στο δοχείο στη νέα ισορροπία; Λύση Αρχική ισορροπία : ( mol ) N 2(g) + 3H 2(g) 2ΝΗ 3(g) Χ.Ι n 1 = = 16 mol. ( 1 ) Αύξηση της πίεσης θα μεταθέσει την ισορροπία προς τα δεξιά, θα αντιδράσουν δηλαδή N 2 και Η 2 και θα παραχθεί NΗ 3. Τελικό δοχείο : ( mol ) N 2(g) + 3H 2(g) 2ΝΗ 3(g) αρχ α π x 3x 2x Ν.Χ.Ι. 4 x 7 3x 5 + 2x Στη νέα χημική ισορροπία : n 2 = 4 x + 7 3x x n 2 = 16 2x mol. ( 2 ) Όπως παρατηρούμε η μετάθεση της ισορροπίας προς τα δεξιά οδηγεί σε μείωση των συνολικών mol. Επομένως, σύμφωνα με την εκφώνηση, τα τελικά mol ( n 2 ) είναι κατά 25 % λιγότερα σε σχέση με τα αρχικά. Δηλαδή : n 2 = n 1 και από ( 1 ), ( 2 ) 16 2x =0, x =12 2x = 4 x =2. Επομένως στη νέα χημική ισορροπία : = 4 x = 4 2 = 2 mol N 2 = 7 3x = 7 6 = 1 mol H 2 = 5 + 2x = = 9 mol ΝΗ 3

14 14 ΙΙΙ. Επίδραση της συγκέντρωσης στη θέση της Χημικής Ισορροπίας. Μπορούμε να μεταβάλουμε τη συγκέντρωση, ενός σώματος που παίρνει μέρος σε μια ισορροπία: 1. Με προσθήκη επί πλέον ποσότητας, του συγκεκριμένου σώματος στο δοχείο ισορροπίας, ή 2. Με αφαίρεση ορισμένης ποσότητας, από το συγκεκριμένο σώμα, από το δοχείο ισορροπίας. Σύμφωνα με την αρχή Le Chatelier : α. "Όταν σε χημικό σύστημα, το οποίο βρίσκεται σε κατάσταση ισορροπίας, αυξήσουμε την συγκέντρωση ενός σώματος, τότε το σύστημα μετατοπίζει την ισορροπία προς την κατεύθυνση εκείνη, προς την οποία μειώνονται τα mol του συγκεκριμένου σώματος." β. "Όταν σε χημικό σύστημα, το οποίο βρίσκεται σε κατάσταση ισορροπίας, μειώσουμε την συγκέντρωση ενός σώματος, τότε το σύστημα μεταθέτει την ισορροπία προς εκείνη την κατεύθυνση, προς την οποία αυξάνονται τα mol του συγκεκριμένου σώματος." Εστω σύστημα Η 2, Ι 2 και ΗΙ, το οποίο βρίσκεται, σε δοχείο σταθερού όγκου, σε κατάσταση ισορροπίας, σύμφωνα με την αντίδραση : Η 2 + I 2 2ΗI. Η ισορροπία θα μετατεθεί προς τα δεξιά, δηλαδή προς την κατεύθυνση παραγωγής ΗΙ, στις εξής περιπτώσεις : i. αν στο δοχείο προσθέσουμε Η 2, ii. αν στο δοχείο προσθέσουμε I 2, iii. αν από το δοχείο αφαιρέσουμε ΗI. Η ισορροπία θα μετατεθεί προς τα αριστερά, δηλαδή προς την κατεύθυνση παραγωγής Η 2 και Ι 2 στις εξής περιπτώσεις: iv. αν στο δοχείο προσθέσουμε ΗI, v. αν από το δοχείο αφαιρέσουμε H 2, vi. αν από το δοχείο αφαιρέσουμε I 2. Άσκηση10. Σε δοχείο σταθερού όγκου, περιέχονται σε κατάσταση ισορροπίας 2 mol Η 2, 0,5 mol I 2 και 3 mol HI. Εισάγουμε, επί πλέον στο δοχείο, 1,5 mol I 2, υπό σταθερή θερμοκρασία. Όταν το σύστημα καταλήξει πάλι σε ισορροπία, τα mol HI στο δοχείο έχουν μεταβληθεί κατά 40%. Πόσα mol από κάθε σώμα θα περιέχονται στο δοχείο στη νέα ισορροπία; Λύση Η αρχική κατάσταση ισορροπίας περιέχει : ( mol ) Η 2(g) + I 2(g) 2ΗI (g) αρχ. Χ.Ι. : 2 0,5 3 Μετά τη προσθήκη στο δοχείο 1,5 mol Ι 2, συνολικά θα έχουμε: =0,5 + 1,5 = 2 mol. H ισορροπία, σύμφωνα με την αρχή Le Chatelier θα μετατεθεί προς τα δεξιά, δηλαδή θα αντιδράσουν H 2 και Ι 2 και θα παραχθεί ΗΙ. Πίνακας μεταβολών : ( mol ) Η 2 + Ι 2 2 ΗΙ αρχ α π. x x 2x Ν.Χ.Ι. 2 x 2 x 3 + 2x Όμως : Δn HΙ = n HI αρχ. n HΙ τελ. n HΙαρχ. = 0,4 n HΙ αρχ. (3 + 2x) 3 = 0,4 3 2x = 1,2 x = 0,6. Επομένως στη νέα Χ.Ι. θα έχουμε : = 2 χ = 2 0,6 = 1,4 mol Η 2. = 2 χ = 2 0,6 = 1,4 mol I 2. = 3 + 2χ = ,6 = 3 + 1,2 = 4,2 mol ΗI.

15 15 Άσκηση11. Δοχείο σταθερού όγκου περιέχει σε κατάσταση ισορροπίας, 4 mol Η 2, 1 mol Ι 2 και 6 mol HΙ. Προσθέτουμε στο δοχείο, επί πλέον 3 mol Ι 2. H θερμοκρασία στο δοχείο διατηρείται σταθερή. Το σύστημα αντιδρά και στη νέα ισορροπία τα mol του Η 2, έχουν μεταβληθεί, σε σχέση με τα mol του Η 2 στο αρχικό μίγμα ισορροπίας, κατά 30%. Πόσα mol από κάθε σώμα θα έχουμε στο δοχείο μετά την νέα ισορροπία; Λύση Αρχικό μίγμα ισορροπίας : ( mol ) Η 2(g) + Ι 2(g) 2ΗΙ (g) αρχ. Χ.Ι Εισάγουμε στο δοχείο 3 mol Ι 2, οπότε τα συνολικά mol του Ι 2 στο δοχείο θα γίνουν 4. Σύμφωνα με την αρχή Le Chatelier η ισορροπία θα μετατεθεί προς τα δεξιά. Πίνακας μεταβολών : ( mol ) Η 2(g) + Ι 2(g) 2ΗΙ (g) αρχ α π. x x 2x τελ. Χ.Ι. 4 x 4 x 6 + 2x Στο τελικό μίγμα ισορροπίας τα mol του Η 2 θα είναι μειωμένα σε σχέση με τα αρχικά κατά 30 %, δηλ ίσα με το 70 % των αρχικών. = 4 x = 0,7 4 4 x = 2,8 x =1,2 Επομένως στη νέα Χ.Ι. : = 4 x = 4 1,2 = 2,8 mol Η 2. = 4 x = 4 1,2 = 2,8 mol Ι 2. = 6 + 2x = ,2 = 6 + 2,4 = 8,4 mol ΗΙ.

16 16 8ο ΓΕΛ Πειραιά. Μεθοδολογία Προβλημάτων Χημικής Ισορροπίας. ΝΟΜΟΣ ΤΗΣ Χ.Ι. ΣΤΑΘΕΡΑ ΧΗΜΙΚΗΣ ΙΣΟΡΡΟΠΙΑΣ Kc Έστω η αμφίδρομη αντίδραση: αa + βb Στη χημική ισορροπία έχουμε u1 = u2 γγ + δδ και ισχύει : Κc = Νόμος της Χημικής ισορροπίας. Η σταθερά Κc ονομάζεται Σταθερά Χημικής Ισορροπίας (σχετική με τις συγκεντρώσεις) και εξαρτάται μόνον από τη θερμοκρασία. Η τιμή της Κc αποτελεί μέτρο της απόδοσης μιας αμφίδρομης αντίδρασης. Όσο μεγαλύτερη είναι η τιμή της Κc τόσο περισσότερο προς τα δεξιά είναι μετατοπισμένη η ισορροπία και αντίστροφα. Παρατηρήσεις 1. Στο Νόμο της Χημικής ισορροπίας, στη σχέση, δεν μπαίνουν στερεά σώματα. π.χ. για την ισορροπία : Η2 (g) + S(s) Κc = H2S (g), όπου (g)=αέριο και (s)=στερεό, έχουμε : Στη κατάσταση ισορροπίας ισχύει : pολ.= pη2 + pη2s 2. Η μορφή του νόμου της Χ.Ι. εξαρτάται από την χημική εξίσωση, με την οποία παριστάνουμε την ισορροπία. Δεν εξετάζουμε από ποια κατάσταση ξεκίνησε το σύστημα, για να καταλήξει σε Χ.Ι. π.χ. για την ισορροπία: Η2 + Ι2 Ενώ για την ισορροπία: 2ΗΙ 2 ΗΙ : Κc = Η2 + Ι2 : Κc = 3. Oι συγκεντρώσεις στην Κc λαμβάνονται πάντοτε από την κατάσταση ισορροπίας, όπου οι δύο αντίθετες αντιδράσεις έχουν ίσες ταχύτητες ( u1 = u2 ). Έστω, για παράδειγμα, η αντίδραση : Η2 + I2 2 ΗI. Για οποιαδήποτε κατάσταση, εκτός από αυτή της Χημικής Ισορροπίας το πηλίκο: θα το συμβολίζουμε, με Qc, διότι Qc = u1 u2

17 17 8ο ΓΕΛ Πειραιά. Μεθοδολογία Προβλημάτων Χημικής Ισορροπίας. Εφόσον το σύστημα δεν βρίσκεται σε κατάσταση ισορροπίας δηλ u1 u2, από την τιμή του Qc συμπεραίνουμε προς ποια κατεύθυνση θα αντιδράσουν τα σώματα, για να καταλήξει το σύστημα σε ισορροπία. Σε κάθε περίπτωση η τιμή του Qc τείνει προς τη τιμή της Κc. i. Αν Qc Κc, τότε το σύστημα αντιδρά προς τα αριστερά και καταλήγει σε Χ.Ι. i. Αν Qc Κc, τότε το σύστημα αντιδρά προς τα δεξιά και καταλήγει σε Χ.Ι. iii. Αν Qc = Κc, τότε το σύστημα βρίσκεται σε κατάσταση ισορροπίας. Υποδειγματικά προβλήματα 1. Ορισμένη ποσότητα φωσγενίου ( COCℓ2 ), εισάγεται σε δοχείο σταθερού όγκου οπότε διασπάται σύμφωνα με την αντίδραση COCℓ2(g) CO(g) + Cℓ2(g). Μετά την αποκατάσταση της ισορροπίας στο δοχείο, τα συνολικά mol είναι 0,8 και το 37,5 % αυτών είναι CO. α). Πόσα g COCℓ2 βάλαμε αρχικά στο δοχείο; β). Ποια η απόδοση της αντίδρασης; Αr : C=12, O =16, Cℓ = 35,5. Λύση. Εστω ότι βάλαμε x mol COCℓ2 αρχικά στο δοχείο. Πίνακας μεταβολών : ( mol ) COCℓ2(g) αρχ. x α-π. φ τελ. x φ CO(g) + Cℓ2(g) φ φ φ φ Σύμφωνα με την εκφώνηση, στη χημική ισορροπία : Από την εκφώνηση, μετά τη Χ.Ι: nco = x + φ=0,8 και από την (1) : nολ.=0,8 x φ + φ + φ =0,8 x + φ =0,8 (1) 0,8 φ = 0,375 0,8 φ = 0,3 x + 0,3 = 0,8 φ = 0,3 φ = 0,3 x = 0,5 φ = 0,3 α. Επομένως αρχικά βάλαμε στο δοχείο: mcocℓ2 = x Μr mcocℓ2 =0,5 99 mcocℓ2 = 49,5 g. β. Απόδοση : Α= φ 100 Α= 100 Α = 60%

18 18 8ο ΓΕΛ Πειραιά. Μεθοδολογία Προβλημάτων Χημικής Ισορροπίας. 2. Σε δοχείο σταθερού όγκου περιέχονται σε κατάσταση ισορροπίας 2 mol Η2, 2 mol Ι2 και 8 mol ΗΙ. Αφαιρούμε από το δοχείο 2 mol ΗΙ. Αφού το σύστημα καταλήξει σε νέα ισορροπία, υπό σταθερή θερμοκρασία, τα mol του Η2 βρίσκονται ίσα με τα 5/6 της αρχικής τους ποσότητας. α. Πόσα mol από κάθε σώμα θα περιέχονται στο δοχείο μετά την αποκατάσταση της νέας ισορροπίας; β. Δείξτε ότι οι μεταβολές της χημικής ισορροπίας υπό σταθερή θερμοκρασίας, δεν μεταβάλλουν την σταθερά Kc. Λύση. Αρχική ισορροπία : ( mol ) H2(g) + Aρχ. Χ.Ι. Ι2(g) 2 2ΗΙ(g) 2 8 Όταν αφαιρέσουμε από το δοχείο 2 mol ΗΙ, σύμφωνα με την αρχή Le Chatelier, η ισορροπία θα μετατεθεί προς τα δεξιά. Πίνακας μεταβολών : ( mol ) αρχ. H2(g) + Ι2(g) 2 2 α π. x Χ.Ι. 2 x 2ΗΙ(g) 6 x 2x 2 x 6 +2x Για τα mol H2 στην αρχική αλλά και στη τελική ισορροπία: = α. = 10 = 12 6x Επομένως στη Χ.Ι. θα έχουμε : =2 x=2 =2 x=2 6x = 2 = mol H2 = mol I2 = 6 + 2x = β. x= = mol HI. Εφόσον η θερμοκρασία διατηρείται σταθερή θα πρέπει η ΚC να διατηρείται σταθερή. Αρχική χημική ισορροπία : Κc = = = 2 ( ) = 16 2 Τελική χημική ισορροπία : Κc = = = ( ) = 16 Δηλ. η σύσταση της ισορροπίας, υπό σταθερή θερμοκρασία, μεταβάλλεται έτσι ώστε στη νέα ισορροπία το πηλίκο Κc = να διατηρείται σταθερό.

19 19 3. Ν 2 και Η 2 εισάγονται σε δοχείο σταθερού όγκου με αναλογία όγκων 2:3. Στη κατάσταση Λύση. ισορροπίας το Η 2 και η παραγόμενη ΝΗ 3 έχουν ίσες συγκεντρώσεις και τα συνολικά mol είναι 7,6. α). Πόσα mol Ν 2 και Η 2 βάλαμε αρχικά στο δοχείο; β). Ποια η απόδοση της αντίδρασης; γ). Πόσα mol από κάθε σώμα θα περιέχονται στο δοχείο μετά την αποκατάσταση της ισορροπίας; Γνωρίζουμε, ότι για τα αέρια, η αναλογία όγκων είναι και αναλογία mol. Επομένως : = = Δηλαδή αν υποθέσουμε ότι στο δοχείο αρχικά βάλαμε 2x mol N 2, παράλληλα βάλαμε 3x mol H 2 Πίνακας μεταβολών : ( mol ). N 2(g) + ( λόγος mol 2 : 3 ). 3H 2(g) 2NH 3(g) αρχ. 2x 3x α π φ 3φ 2φ τελ. 2x φ 3x 3φ 2φ Από την εκφώνηση, στη Χ.Ι.: [H 2 ] = [NH 3 ] = = 3x 3φ = 2φ 3x = 5φ φ = 0,6x (1) Επίσης από την εκφώνηση, στη Χ.Ι. : n ολ. =7,6 2x φ + 3x 3φ + 2φ = 7,6 5x 2φ = 7,6 5x 2 0,6x =7,6 3,8x =7,6 x =2 και από την (1) φ = 0,6 2 φ = 1,2 και x = 2. α). Επομένως στο δοχείο βάλαμε : = 2x = 2 2 =4 mol N 2. = 3x = 3 2 = 6 mol H 2. β). Αν η αντίδραση ήταν μονόδρομη, για τα 2x mol του N 2, που βάλαμε αρχικά στο δοχείο, για να αντιδράσουν πλήρως, θα απαιτούνταν 6x mol Η 2. Εμείς βάλαμε στο δοχείο 3x mol Η 2 και κατά συνέπεια έχουμε έλλειψη Η 2, ή το N 2 είναι σε περίσσεια έναντι του Η 2. Θα υπολογίσουμε λοιπόν την απόδοση από το Η 2. α= α = α = α = α = 0,6 απόδοση Α =60 %. γ). Στη χημική ισορροπία θα έχουμε : = 2x φ = 2 2 1,2 = 2,8 mol N 2, = 3x 3φ = ,2 = 6 3,6 = 2,4 mol Η 2, = 2φ = 2 1,2 = 2,4 mol ΝΗ 3.

20 20 4. Σε δοχείο σταθερού όγκου εισάγονται SO 2 και Ο 2 με αναλογία μαζών 3:1. Στις συνθήκες του δοχείου το Ο 2 μετατρέπεται προς SO 3 σε ποσοστό 60 %. Στη κατάσταση ισορροπίας περιέχονται στο δοχείο 0,6 mol SO 3. α. Πόσα g SO 2 και πόσα g O 2 βάλαμε αρχικά στο δοχείο; β. Ποια η απόδοση της αντίδρασης; γ. Πόσα mol από κάθε σώμα θα περιέχονται στο δοχείο στη χημική ισορροπία ; Αr : Ο=16, S=32 Λύση. Μετατρέπουμε τον λόγο μαζών με τον οποίο εισάγονται τα σώματα στο δοχείο, σε λόγο mol. = = = = Επομένως: Αν βάλαμε αρχικά 3x mol SO 2, τότε 2x mol O 2 βάλαμε στο δοχείο ( λόγος 3:2 ). Πίνακας μεταβολών: ( mol ) 2SO 2(g) + O 2(g) 2SO 3(g) αρχ. 3x 2x α π. φ 0,5φ φ τελ. 3x φ 2x 0,5φ φ Σύμφωνα με την εκφώνηση το O 2 μετατρέπεται προς SO 3 σε ποσοστό 60 %. Επομένως: = = = 0,6 0,5φ = 1,2x φ =2,4x ( 1 ) Όμως στη X.I., σύμφωνα με την άσκηση, έχουμε 0,6 mol SO 3 φ =0,6 ( 2 ) Από τις σχέσεις ( 1 ) και ( 2 ) : φ =2,4x 0,6 = 2,4x x = 0,25 α. Αρχικά βάλαμε στο δοχείο: n SO2 =3x mol SO 2 m SO2 = n SO2 Mr m SO2 =3 0,25 64 = 48 g. =2x = Mr =2x 32 = 2 0,25 32 = 16 g. β. Από το λόγο των mol με τον οποίο αναμίξαμε το SO 2 και το O 2, βλέπουμε ότι το O 2 είναι σε περίσσεια έναντι του SO 2. Άρα την απόδοση της αντίδρασης θα την υπολογίσουμε από το SO 2. α = α = α = α = α =0,8, απόδοση 80 % γ. Στη χημική ισορροπία, στο δοχείο, θα περιέχονται : = 3x φ = 3 0,25 0,6 = 0,75 0,6 = 0,15 mol SO 2, ( ή 9,6 g SO 2 ). = 2x 0,5φ =2 0,25 0,5 0,6 = 0,5 0,3 = 0,2 mol O 2, ( ή 6,4 g O 2 ). = φ = 0,6 mol SO 3 ( ή 48 g ).

21 21 5. Ν 2 και Η 2 εισάγονται σε δοχείο σταθερού όγκου με αναλογία μερικών πιέσεων 1:2. Η θερμοκρασία στο δοχείο είναι 27 ο C και τα δύο αέρια ασκούν συνολική πίεση 6 atm. Αυξάνουμε τη θερμοκρασία στο δοχείο στους 127 ο C και τα δύο αέρια αντιδρούν σύμφωνα με την αντίδραση N 2(g) + 3H 2(g) 2ΝΗ 3(g). Στη χημική ισορροπία η συνολική πίεση είναι 6,4 atm. Ποια η απόδοση της αντίδρασης; Λύση. Μετατρέπουμε την αναλογία των μερικών πιέσεων, με την οποία εισήχθησαν τα δύο αέρια, Ν 2 και Η 2 αρχικά στο δοχείο, σε αναλογία mol. = = Επομένως, αν αρχικά βάλαμε στο δοχείο x mol N 2, βάλαμε παράλληλα 2x mol Η 2 λόγος mol : Πίνακας Μεταβολών: ( mol ) Ν 2(g) + 3Η 2(g) 2ΝΗ 3(g) αρχ. x 2x α π φ 3φ 2φ τελ. x φ 2x 3φ 2φ Από το λόγο της ανάμιξης των mol Ν 2 και H 2 προκύπτει ότι το Ν 2 είναι σε περίσσεια. Εφαρμόζουμε τη καταστατική εξίσωση : ι. Για το αρχικό μίγμα στους 27 ο C, ( T 1 =300 K ), : p 1 V = n 1 RT 1 ιι. Για το μίγμα της ισορροπίας στους 127 ο C, ( Τ 2 = 400 Κ ) : p 2 V = n 2 RT 2 με διαίρεση κατά μέλη και όπου n 1 = x + 2x = 3x και n 2 = x φ + 2x 3φ + 2φ = 3x 2φ : = = = φ = φ = φ 3x 2φ = 2,4x 2φ= 0,6x φ = 0,3x Επομένως εφόσον το Ν 2 είναι σε περίσσεια, θα υπολογίσουμε την απόδοση από το Η 2 : α = α = α = α = 0,45 οπότε η απόδοση 45 %

22 mol Η 2 και 2 mol I 2 εισάγονται σε δοχείο σταθερού όγκου, οπότε αντιδρούν και καταλήγουν σε χημική ισορροπία, σύμφωνα με την αντίδραση: Η 2(g) + I 2(g) 2HI (g). Η Κ C της ισορροπίας στις συνθήκες του δοχείου, είναι 9. α. Ποια η απόδοση της αντίδρασης; β. Πόσα mol από κάθε σώμα θα περιέχονται στο δοχείο στη κατάσταση της ισορροπίας ; Λύση. Πίνακας μεταβολών: ( mol ) Η 2(g) + I 2(g) 2ΗI (g) αρχ. 2 2 α π. x x 2x τελ. 2 x 2 x 2x ( με 0 < x < 2 ) Δίνεται ότι Κ C = 9 =9 = 9 ( ) = 9 = 3 2 i. = +3 2x = 6 3x 5x = 6 x 1 = 1,2 ii. = 3 2x = 6 + 3x 3x 2x = 6 x 2 = 6 Η τιμή x 2 =6 απορρίπτεται διότι πρέπει 0 < x < 2. α. α = α = α = 0,6 απόδοση = 60 % β. Στη χημική ισορροπία θα περιέχονται : = 2 x = 2 1,2 = 0,8 mol H 2. = 2 x = 2 1,2 = 0,8 mol I 2. = 2x = 2 1,2 = 2,4 mol HI.

23 23 7. Σε δοχείο σταθερού όγκου περιέχονται σε κατάσταση ισορροπίας 2 mol Ν 2, 0,5 mol Ο 2 και 8 mol ΝΟ. Εισάγουμε επί πλέον 1,5 mol Ο 2, διατηρώντας τη θερμοκρασία του Λύση. δοχείου σταθερή. Πόσα mol από κάθε σώμα θα περιέχονται στο δοχείο στη νέα ισορροπία; Αρχική ισορροπία: ( mol ) Ν 2(g) + Ο 2(g) 2ΝΟ (g) αρχ. ΧΙ. 2 0,5 8 Από τη σύσταση ης ισορροπίας βρίσκουμε τη τιμή της Κ C. Κ c = = = ( ) = 64 2 Εισάγουμε στο δοχείο 1,5 mol Ο 2, οπότε σύμφωνα με την αρχή Le Chatelier θα έχουμε μετάθεση της ισορροπίας προς τα δεξιά, δηλαδή θα αντιδράσουν Ν 2 και Ο 2 και θα παραχθεί ΝΟ. Πίνακας μεταβολών : ( mol ) Ν 2(g) + Ο 2(g) 2ΝΟ (g) αρχ α π. x x 2x Ν.Χ.Ι. 2 x 2 x 8 + 2x με 0 < x < 2 Η θερμοκρασία στο δοχείο διατηρείται σταθερή, επομένως Κ C = = 64 = 64 = ( 8) 2 = 8... x 1 = 0,8 αποδεκτή, και x 2 = 4 απορρίπτεται Η τιμή x 2 =4 απορρίπτεται διότι πρέπει 0 < x < 2. Kατά συνέπεια στη Ν.Χ.Ι. θα έχουμε : = 2 x = 2 0,8 = 1,2 mol Ν 2. = 2 x = 2 0,8 = 1,2 mol Ο 2. = 8 + 2x = ,8 = 9,6 mol ΝΟ.

24 24 Ασκήσεις 1. Σε κενό δοχείο εισάγονται 1 mol N 2 και 2 mol O 2 τα οποία αντιδρούν σε θ o C, σύμφωνα με την εξίσωση : N 2(g) + O 2(g) 2NO (g). i. Για τον αριθμό των mol του NO που θα υπάρχουν στο δοχείο μετά την αποκατάσταση της χημικής ισορροπίας θα ισχύει : α. n = 2 β. n > 2 γ. n < 2 δ. n = 4. ii. Για τον συνολικό αριθμό των mol των αερίων μετά την αποκατάσταση της χημικής ισορροπίας θα ισχύει : α. n ολ. < 3 β. n ολ. = 3 γ. n ολ. > 3 δ. n ολ. = 2 2. Σε κενό δοχείο εισάγονται x mol ένωσης Α, που μετατρέπεται στην ένωση Β υπό Τ = σταθ. Το διπλανό διάγραμμα παριστάνει τις [Α] και [Β] έναντι του χρόνου. Η χημική εξίσωση της αντίδρασης είναι : α. Α Β β. Α 2Β γ. 2Α Β δ. Α 2Β ε. Α 2Β ζ. Α Β C 0 t 3. Η σταθερά Κ c της ισορροπίας για την 2ΝO (g) Ν 2(g) + Ο 2(g), ΔΗ = 40 kcal, έχει τιμή κ στους Τ 1 =300 Κ και τιμή λ στους Τ 2 =600 Κ. Μεταξύ των αριθμών κ και λ ισχύει : α. λ = κ, β. λ > κ, γ. λ < κ, δ. λ = 2κ 4. Σε ένα δοχείο σταθερού όγκου που περιέχει C, εισάγεται CO 2 και με θέρμανση στους θ 1 o C αποκαθίσταται η ισορροπία C (s) + CO 2(g) 2CO (g), ΔΗ > 0. i. Αν αυξήσουμε τη θερμοκρασία του συστήματος, η απόδοση παρασκευής του CO : α. θα ελαττωθεί β. θα αυξηθεί γ. δεν θα μεταβληθεί. ii. Αν αυξήσουμε την πίεση, μειώνοντας τον όγκο του δοχείου, η απόδοση παρασκευής του CO : α. θα ελαττωθεί β. θα αυξηθεί γ. δεν θα μεταβληθεί. 5. Σε δοχείο όγκου V έχει αποκατασταθεί η ισορροπία Ν 2(g) + 3Η 2(g) 2ΝΗ 3(g) στους θ o C και πίεση p 1 =50 atm. Διατηρώντας τη θερμοκρασία σταθερή υποδιπλασιάζουμε τον όγκο του δοχείου. Στη νέα χημική ισορροπία η πίεση p 2 μπορεί να είναι : α. p 2 =50 atm β. p 2 =100 atm γ. p 2 =25 atm δ. p 2 =20 atm ε. p 2 =60 atm. 6. Σε δοχείο σταθερού όγκου V έχει αποκατασταθεί η ισορροπία: 2NO 2(g) N 2 O 4(g), ΔΗ < 0. Τη χρονική στιγμή t 1 μεταβάλλεται ένας από τους συντελεστές της ισορροπίας με αποτέλεσμα την μεταβολή των συγκεντρώσεων των δύο αερίων σύμφωνα με το διπλανό διάγραμμα: i. Εξηγήστε ποιον από τους συντελεστές της ισορροπίας μεταβάλλαμε και με ποιο τρόπο. ii. Εξετάστε τον τρόπο μεταβολής του λόγου [N 2 O 4 ]:[ NO 2 ] 2 στα χρονικά διαστήματα από t =0 έως t = t 3. C 0 t 1 t 2 t 3 t 7. Να δοθεί η σταθερά χημικής ισορροπίας Κ c για τις παρακάτω αντιδράσεις και να αναφερθούν μέθοδοι μετάθεσης της ισορροπίας αυτών προς τα δεξιά: i. 2ΝΗ 3(g) Ν 2(g) + 3Η 2(g), ΔΗ = 22 Kcal. ii. Ν 2(g) + Ο 2(g) 2NO (g) iii. CO (g) + 2Η 2(g) CΗ 3 ΟΗ (g) iv. CO (g) + 3H 2(g) CH 4(g) + H 2 O (g) v. CaCO 3 (s) CaO (s) + CΟ 2(g)

25 25 8. Να εξεταστεί η επίδραση της μεταβολής της συνολικής πίεσης και της θερμοκρασίας, στη θέση της χημικής ισορροπίας για τις παρακάτω αντιδράσεις: α. N 2(g) + 3H 2(g) 2 NH 3(g), ΔΗ = 22 Kcal β. CO (g) + H 2 O (g) CO 2(g) + H 2(g), ΔΗ = 22 Kcal 9. Να αναφερθούν τουλάχιστον τέσσερις τρόποι μετάθεσης της ισορροπίας προς τα δεξιά : N 2(g) + 3H 2(g) 2NH 3(g), ΔΗ = 22 Kcal 10. Σε χωριστά δοχεία, με κινητό έμβολο, έχουμε τις παρακάτω ισορροπίες. Προς ποια κατεύθυνση θα μετακινηθεί η κάθε ισορροπία, με μείωση του όγκου του δοχείου; α. N 2(g) + O 2(g) 2ΝΟ (g) β. CO (g) + 2H 2(g) CH 3 OH (g) γ. CO (g) + 3H 2(g) CH 4(g) + H 2 O (g) δ. CaCO 3 (s) CaO (s) + CO 2(g). 11. Σε τρία χωριστά δοχεία έχουμε τις ισορροπίες: i. H 2 O (l) H 2 O (g), ii. N 2(g) + 3Η 2(g) 2ΝΗ 3(g), iii. ΗΝΟ 2 (aq) + Η 2 Ο (l) ΝΟ 2 (aq) + Η 3 Ο + (aq) : ( σε υδατικό διάλυμα ). Ποιες διαφορές και ποιες ομοιότητες έχουν μεταξύ τους οι τρεις ισορροπίες; Τι θα συμβεί αν αυξήσουμε την πίεση και στα τρία δοχεία; 12. CO, H 2 και CH 3 OH βρίσκονται σε κατάσταση Χ.Ι., σε δοχείο σταθερού όγκου σύμφωνα με την αντίδραση : CO (g) + 2Η 2(g) CΗ 3 ΟΗ (g). Τι θα συμβεί αν στο δοχείο εισάγουμε το αέριο Ne; 13. CO, H 2 και CH 3 OH βρίσκονται σε κατάσταση Χ.Ι., σε δοχείο με κινητό έμβολο, σύμφωνα με την αντίδραση : CO (g) + 2Η 2(g) CΗ 3 ΟΗ (g). Τι θα συμβεί αν στο δοχείο εισάγουμε το αέριο Ne, υπό σταθερή πίεση; 14. Οι ουσίες Α, Β, Γ, Δ βρίσκονται σε κατάσταση ομογενούς ισορροπίας μέσα σε υδατικό διάλυμα. A + 2B 3Γ + Δ. Προς ποια κατεύθυνση θα μετατεθεί η ισορροπία, αν διπλασιάσουμε τον όγκο του διαλύματος με προσθήκη καθαρού νερού; Προβλήματα για λύση 1. 4 g Η 2 και ορισμένη μάζα N 2, εισάγονται σε δοχείο σταθερού όγκου, οπότε αντιδρούν και το N 2 μετατρέπεται κατά 20% προς ΝΗ 3. Στην χημική ισορροπία βρέθηκαν στο δοχείο 6,8 g ΝΗ 3. α. Πόσα g N 2 βάλαμε αρχικά στο δοχείο; (Απ. 28 g ) β. Ποια η απόδοση της αντίδρασης; Αr: Η =1, Ν=14. (Απ. 30%). 2. 2,4 g Η 2 και 11,2 g Ν 2 ασκούν πίεση 40 atm σε δοχείο σταθερού όγκου. Στις συνθήκες του δοχείου τα δύο αέρια αντιδρούν και σχηματίζουν ΝΗ 3. Μετά την αποκατάσταση της ισορροπίας η συνολική πίεση στο δοχείο είναι 32 atm. Η θερμοκρασία στο δοχείο διατηρείται σταθερή. Να υπολογιστούν: α. Η σύσταση του μίγματος ισορροπίας. Αr: Η=1, Ν=14. ( 1,44 g Η 2, 6,72 g Ν 2, 5,44 g ΝΗ 3 ) β. Η απόδοση παρασκευής της ΝΗ 3. ( 40% ). 3. N 2 και H 2 αντιδρούν και δίνουν ΝΗ 3. Η απόδοση της αντίδρασης είναι 40%, ενώ το κλάσμα του mol του Η 2 που αντιδρά, είναι τριπλάσιο από το αντίστοιχο κλάσμα του N 2. Πόσα g N 2 και πόσα g Η 2 βάλαμε αρχικά στο δοχείο, αν μετά την αποκατάσταση της ισορροπίας στο δοχείο βρέθηκαν 68 g ΝΗ 3. Ar : Η =1, Ν =14. ( Aπ. 30 g Η 2, 420 g Ν 2 ).

26 26 4. Σε δοχείο σταθερού όγκου που περιέχει κατάλληλο καταλύτη, εισάγουμε 32 g Η 2 και 112 g N 2 υπό πίεση x atm. H θερμοκρασία στο δοχείο διατηρείται σταθερή, οπότε αποκαθίσταται ισορροπία Η 2, N 2 και ΝΗ 3. Μετά την αποκατάσταση της ισορροπίας η πίεση στο δοχείο η πίεση γίνεται 0,9x atm. Nα υπολογιστεί η σύσταση του μίγματος ισορροπίας. Αr : Η=1, Ν=14. (Απ. 26 g Η 2, 84 g N 2, 34 g ΝΗ 3 ). 5. N 2 και H 2 εισάγονται σε δοχείο σταθερού όγκου, οπότε αντιδρούν και καταλήγουν σε ισορροπία σύμφωνα με την αντίδραση: N 2(g) + 3Η 2(g) 2ΝΗ 3(g). Στην κατάσταση ισορροπίας όλα τα σώματα έχουν ίσες συγκεντρώσεις. Να υπολογιστεί η απόδοση της αντίδρασης. ( Απ. 60% ). 6. Μίγμα N 2 και H 2 έχει όγκο 5 L στους 27 o C και υπό πίεση 9,84 atm. Τα μόρια του H 2 στο μίγμα αποτελούν το 60% του συνόλου των μορίων του μίγματος. Όταν το μίγμα θερμανθεί στους 227 o C, παρουσία κατάλληλου καταλύτη, αντιδρά και σχηματίζει ΝΗ 3, ίση με το 25% της θεωρητικής. Πόσα g ΝΗ 3 περιέχονται στο δοχείο μετά την αποκατάσταση της ισορροπίας. Αr: Η=1, Ν=14. (Απ. 3,4 g). 7. Σε δοχείο σταθερού όγκου εισάγονται SO 2 και O 2 με σχέση μαζών 2:1. Το μίγμα ασκεί πίεση 5 atm στους 50 o C. Αυξάνουμε την θερμοκρασία σε θ 2 o C, οπότε το μείγμα οδηγείται σε κατάσταση ισορροπίας : 2SO 2(g) + O 2(g) 2SO 3(g). Το 20% του Ο 2 μετατρέπεται προς SO 3. Στην κατάσταση της ισορροπίας η ολική πίεση στο δοχείο είναι 9 atm. α. Ποια η απόδοση της αντίδρασης; (Απ. 40% ) β. Σε ποια θερμοκρασία επιτεύχθηκε η ισορροπία; (Απ. 373 o C ). 8. Σε δοχείο σταθερού όγκου περιέχεται όζον ( O 3 ), το οποίο ασκεί πίεση 12 atm στους 27 o C. Με αύξηση της θερμοκρασίας στους 127 o C, το όζον διασπάται σύμφωνα με την αντίδραση : 2O 3(g) 3O 2(g). Στην κατάσταση της ισορροπίας το μίγμα ασκεί πίεση 21 atm. Ποιο το ποσοστό της διάσπασης του όζοντος (Απ. 62,5 % ). 9. Σε δοχείο σταθερού όγκου περιέχονται σε κατάσταση ισορροπίας 2 mol Η 2, 0,5 mol I 2 και 6 mol HI. Εισάγουμε επί πλέον στο δοχείο 1,5 mol I 2. Πόσα mol από κάθε σώμα θα περιέχονται στο δοχείο μετά την αποκατάσταση της νέας ισορροπίας; (Απ. 1,25 mol Η 2, 1,25 mol I 2, 7,5 mol ΗI). 10. Σε δοχείο σταθερού όγκου περιέχονται σε κατάσταση ισορροπίας 2 mol Η 2, 0,5 mol I 2 και 6 mol HI. Εισάγουμε επί πλέον στο δοχείο 1,5 mol I 2 και 10 mol HI. Πόσα mol από κάθε σώμα θα περιέχονται στο δοχείο μετά την αποκατάσταση της νέας ισορροπίας; (Απ. 2,5 mol Η 2, 2,5 mol I 2, 15 mol ΗI). 11. Σε δοχείο σταθερού όγκου 2 L περιέχονται 60 g ισομοριακού μείγματος Ν 2 και Η 2. Θερμαίνουμε το μείγμα στους 527 o C, οπότε αποκαθίσταται η ισορροπία : Ν 2(g) + 3Η 2(g) 2ΝΗ 3(g). Στην κατάσταση της ισορροπίας ανιχνεύθηκαν στο δοχείο 0,8 mol NΗ 3. α. Ποια η απόδοση παρασκευής της NΗ 3 ; β. Να υπολογίσετε την K c της ισορροπίας. γ. Να σχεδιάσετε σε κοινό διάγραμμα τη γραφική παράσταση της συγκέντρωσης του Ν 2 του Η 2 και της NΗ 3 σε συνάρτηση με το χρόνο. Ar : H =1, N = Σε κενό δοχείο όγκου 1 L γίνεται η αντίδραση Α (g) + Β (g) 2Γ (g), στους θ o C με K c =4. Σε κάποια στιγμή στο δοχείο υπάρχουν 1 mol Α, 1 mol Β και 1 mol Γ. α. Να εξηγήσετε ποιο ή ποια σώματα και πόσα mol από το καθένα βάλαμε αρχικά στο δοχείο. β. Να εξηγήσετε γιατί τη συγκεκριμένη στιγμή το μείγμα δεν βρίσκεται σε κατάσταση ισορροπίας και προς ποια κατεύθυνση εξελίσσεται η αμφίδρομη αντίδραση. γ. Πόσα mol από κάθε αέριο θα περιέχεται στο δοχείο στη κατάσταση της ισορροπίας; δ. Να δώσετε τη γραφική παράσταση της [Α] και [Γ] σε συνάρτηση με το χρόνο (ένα διάγραμμα). 13. Σε κενό δοχείο όγκου 4 L εισάγεται ισομοριακό μίγμα PCl 5 και SO 2 Cl 2. Το μίγμα θερμαίνεται στα 400 Κ οπότε αποκαθίστανται οι ισορροπίες: PCl 5 (g) PCl 3 (g) + Cl 2 (g) με Kc 1 = 0,25 και

27 27 SO 2 Cl 2 (g) SO 2 (g) + Cl 2 (g) με Kc 2 = 0,75. Όταν αποκατασταθεί ισορροπία στο δοχείο περιέχονται 3 mol Cl 2. Να υπολογίσετε : α. τη γραμμομοριακή σύσταση του αρχικού μίγματος PCl 5 και SO 2 Cl 2. β. Την πίεση στο δοχείο μετά την αποκατάσταση της ισορροπίας. 14. Σε κενό δοχείο όγκου 1 L εισάγονται 0,1 mol CaCO 3 και 0,2 mol C. Το μίγμα θερμαίνεται στους 1100 ο C οπότε αποκαθίστανται οι ισορροπίες: CaCO 3 (s) CaO (s) + CO 2 (g) με Kc 1 = 0,01 και C (s) + CO 2 (g) 2CO (g) με Kc 2 = 0,16. Να υπολογίσετε : α. την απόδοση της αντίδρασης του C με το CO 2. β. τη μάζα των στερεών στο δοχείο μετά την αποκατάσταση της ισορροπίας. 15. Σε κενό δοχείο όγκου 1 L εισάγονται 2 mol CaCO 3 το οποίο θερμαίνεται στους θ ο C οπότε αποκαθίστανται οι ισορροπίες: CaCO 3 (s) CaO (s) + CO 2 (g) με Kc 1 = 0,05, ενώ το CO 2 διασπάται προς CO και O 2, σύμφωνα με την εξίσωση : 2CO 2 (g) 2CO (g) + O 2 (g) με Kc 2 =0,16. Όταν αποκαταστάθηκε ισορροπία στο δοχείο βρέθηκαν 190 g CaCO 3. Να υπολογίσετε: α. την συγκέντρωση του CO 2 στη χημική ισορροπία. β. τη γραμμομοριακή σύσταση των αερίων μετά την αποκατάσταση της ισορροπίας. 16. Σε δοχείο όγκου V 1 = 4 L περιέχονται σε κατάσταση χημικής ισορροπίας 3 mol ισομοριακού μίγματος τριών αερίων Α, Β και Γ σύμφωνα με την εξίσωση 2Α 2Β + Γ. Υπό σταθερή θερμοκρασία μεταβάλουμε τον όγκο του δοχείου στη τιμή V 2, οπότε στη νέα ισορροπία τα mol του Β βρίσκονται μειωμένα κατά 50 %. Να υπολογίσετε : α. τη σύσταση στο δοχείο στη νέα ισορροπία. β. τον όγκο V 2 του δοχείου. 17. Σε δοχείο όγκου 1 L εισάγονται 3 mol αερίου Α (g) το οποίο διασπάται προς τα αέρια Β (g) και Γ (g). Μετά από ορισμένο χρόνο υπολογίστηκαν οι συγκεντρώσεις και βρέθηκε ότι εκείνη του αερίου Γ ήταν διπλάσια από του Β. α. Να αντιστοιχίσετε στο διπλανό διάγραμμα τις καμπύλες μεταβολής της συγκέντρωσης των Α, Β και Γ, αιτιολογώντας την απάντησή σας. β. Να δώσετε τη χημική εξίσωση της χημικής αντίδρασης μεταξύ των Α (g), Β (g) και Γ (g), αιτιολογώντας την απάντησή σας. γ. Να υπολογίσετε την Κ c της ισορροπίας που θα υποδείξετε στην ερώτηση β mol ισομοριακού μίγματος αερίων Α, Β και Γ περιέχεται σε δοχείο σταθερού όγκου V 1 = 4 L σε κατάσταση χημικής ισορροπίας σε θερμοκρασία Τ, σύμφωνα με την 2Α (g) + Β (g) 2Γ (g). Στην ίδια θερμοκρασία σε ένα δεύτερο δοχείο όγκου V 2 < V 1 εισάγονται 3 mol ισομοριακού μίγματος των ίδιων αερίων και μετά την αποκατάσταση της ισορροπίας τα mol του αερίου B έχουν μεταβληθεί κατά 25 %. α. Να υπολογίσετε την τιμή της Κc της ισορροπίας 2Α (g) + Β (g) 2Γ (g). β. Να υπολογίσετε τον όγκο V 2 του δεύτερου δοχείου. 19. Σε κενό δοχείο μεταβλητού όγκου και σε σταθερή θερμοκρασία εισάγονται 2 mol αερίου NO 2 και 3 mol αερίου N 2 O 4, τα οποία υπό σταθερή πίεση καταλήγουν στην ισορροπία: 2NO 2 (g) N 2 O 4 (g). Ο αρχικός όγκος του δοχείου είναι 10 L και στη κατάσταση της ισορροπίας βρίσκεται κατά 20% αυξημένος. α. Εξηγήστε προς ποια κατεύθυνση πραγματοποιήθηκε η αντίδραση. β. Να υπολογίσετε την Κc της ισορροπίας. γ. Σχεδιάστε την γραφική παράσταση της συγκέντρωσης του NO 2 και του N 2 O 4 σε συνάρτηση με το χρόνο, στο ίδιο διάγραμμα. 8 ο ΓΕΛ Πειραιά Οκτώβριος 2016 C t X.I. t