28 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: ΧΗΜΙΚΗ ΙΣΟΡΡΟΠΙΑ 1-9. Οι απαντήσεις προκύπτουν εύκολα από τη θεωρία. Ερωτήσεις - ασκήσεις - προβλήματα 10. Βλέπε θεωρία. 11. Βλέπε θεωρία. 12. Βλέπε θεωρία. 13. Στην ισορροπία θα έχουμε [Β] > [Γ], γιατί αρχικά [Β] = [Γ], η αντίδραση θα προχωρήσει προς τα αριστερά, αφού δεν έχουμε Α με αποτέλεσμα να αυξηθεί η [Β] και να ελαττωθεί η [Γ], 14. Προφανώς σωστή είναι η (β), γιατί καταναλώνεται ποσότητα Η 2 μεγαλύτερη από την ποσότητα του Ν 2. 15. α. Το πόσο προχωράει η μία αντίδραση είναι ανεξάρτητο της ταχύτητας (Λ). β. Προφανώς είναι (Σ). γ. Όπως φαίνεται από τη θεωρία είναι (Λ). δ. Από τον ορισμό της χημικής ισορροπίας φαίνεται ότι είναι (Σ). 16. Βάζουμε 4 PC1 5 και διασπώνται 4 0,6 = 2,4 PCVtf) PCh(s) + Ch(R) αρχικά 4 αντ-σχημ 2,4 2,4 2,4 ισορροπία 1,6 2,4 2,4 οπότε [Cl 2 ] = 1,2 Μ, [PC1 3 ] = 1,2 Μ, [PC1 5 ] = 0,8 Μ
29 17. α. Βάζουμε 29.7 g COCl 2 ή 0,3 COCl 2 και στην ισορροπία έχουμε 4,2 g CO ή 0,15 CO. Σχηματίζουμε το σχετικό πίνακα: COCl 2 (j?) ^CO(* + Cl 2 (s) Αρχικά/ 0,3 αντ -σχημ/ 0,15 0,15 0,15 Ισορροπία/ 0,15 0,15 0,15 β. α = = 0,5 = 50% 0,3 0,15 0,082-500 Υ Pc\i Ρ co Pcoc\2 atm = 0,15 atm 41 δ. Poi = (0,15 + 0,15 + 0,15) atm = 0,45 atm 18. Βάζουμε 0,04 Ν 2 θ4 και διασπώνται x Ν 2 θ4: N 2 0 4 2N0 2 αρχικά / 0,04 αντ - σχημ / X 2x Ισορροπία/ (0,04-x) 2x α. PoX'Vb = n 0 xrt > 2 0,82 (0,04 + x)0,082-400» χ = 0,01 και έχουμε 0,02 N0 2 και 0,03 N2O4. 0,02-0,082-400 β PNOI atm = 0,8 atm 0,82 PN204-0,03 0,082 400 atm = 1,2 atm 0,82 0,01 1 γ. α = - 25% 0,04 4
30 19. Βάζουμε χ C0 2 και διασπώνται 0,5 χ COa. 2C0 2 (g) 2C0(g) + 0 2 (s) αρχικά/ Χ αντ -σχημ/ 0,5x 0,5χ 0,25 Ισορροπία/ 0,5χ 0,5χ 0,25χ Επειδή η αναλογία είναι και αναλογία μερικών πιέσεων η σωστή σχέση είναι η (γ). 20. Βλέπε θεωρία. 21. α. Προς τα αριστερά αφού η προς τα δεξιά είναι εξώθερμη. β. Προς τα αριστερά για να ελαττωθεί ο αριθμός των es, γ. Προς τα αριστερά, για να καταναλωθεί το CO. 22. Από τη θεωρία φαίνεται εύκολα ότι: (α) Σ, (β) Λ, (γ) Λ 23. α. Δε μετατοπίζεται γιατί μένει σταθερός ο αριθμός των es των αερίων. β. Δεξιά για να αυξηθεί το πλήθος των es των αερίων, γ. Δεξιά για να αυξηθεί το πλήθος των es των αερίων, δ. Δεξιά για να αυξηθεί το πλήθος των es των αερίων. 24. Η (β) 25. Η (β) και η (δ). 26. α. Η αύξηση της θερμοκρασίας αυξάνει την ταχύτητα της αντίδρασης και ελαττώνει την απόδοσή της, γιατί η αντίδραση είναι εξώθερμη.» β. Η αύξηση της πίεσης με μεταβολή του όγκου του δοχείου αυξάνει την ταχύτητα και την απόδοση της συγκεκριμένης α- ντίδρασης.
31 27. Η σωστή έκφραση είναι η (β). 28. Η σωστή έκφραση είναι η (γ). 29. L l^l. mor. = Ja^l L. m or'=30,, [SO 2 ] 2 [O 2 ] 0,4" 0,1 625 L (Στις επόμενες ασκήσεις θα παραλείπουμε τις μονάδες της k c ) 30 3 /; - W - ^ 15 [ΑΙβ]~2 4" ' 5 31. kc'= = = 0,8 k c 1,25 f * W, _ [NOf[0 2 ] ν Ά* v V, 5 Λ = 0,2 => V = 4 L 33. Η k c μιας ορισμένης χημικής εξίσωσης μεταβάλλεται μόνο με τη θερμοκρασία και μάλιστα στις ενδόθερμες αντιδράσεις η ε- λάττωση της θερμοκρασίας προκαλεί ελάττωση της k c (αρχή Le Chatelier). Αρα σωστή απάντηση είναι η (β). 34. Ν 2^> + m 2 (x) 2νη 3 (.?) Αρχικά / 4 10 αντ - σχημ/ 3 9 6 Ισορροπία/ 1 1 6 α = 9/10 = 90% -> K c = 'ι ν ν 2 / = 144
32 35. Θεωρούμε ότι αντιδρούν χ Η 2. tho?) + h(%) 2ΗΙ (g) αρχικά: 1 1 αντ - x χ 2x ισορροπία: (1-x) (1-x) 2x. c (ι-χ) 2 7 14 Η δεκτή λύση είναι χ = και η ποσότητα του HI είναι 36. α. L = [PCI 3ICI 2 [PC1 5 ] β. Οι μονάδες της k c είναι -L" 1 γ. k c ' = 1 1 και μονάδες ' -L Κ 8 10" δ. Η αντίδραση θα μετατοπιστεί προς τα: ϊ. δεξιά ϊί. αριστερά iii. δεξιά ίν. Η k c μεταβάλλεται μόνο στην περίπτωση (iii) και συγκεκριμένα αυξάνει, γιατί η αντίδραση είναι ενδόθερμη. 37. ίυλ^όζι] Μ = ο.67 [φρουκτόζη! 0,15 0,1 0,25 : 0,4 = 40%
33 38. α. Έστω ότι αντιδρούν χ CO. CO (g) + U 2 0(g) CO 2(g) + Η2(g) αρχικά: 1 1 αντ - x x x x ισορροπία: (1-x) (1-x) x x = ν: k c = 4 Η δεκτή λύση είναι χ = 2/3, παράγονται 2/3 Η 2 και η 2/3 απόδοση είναι = 66,67% Αν βάζαμε 1 CO και 1,6 Η 2 0 θα είχαμε: 2 k c = 4 = - ί 1 - χ Υ 1,6 - χ, V 1 ν, Η δεκτή λύση είναι x = 0,8 39. Βάζουμε 1 CO, παραμένει χωρίς να αντιδράσει 1/3 CO, άρα αντιδρούν 2/3 CO. CO (g) + i 2 Ofg) CO,(g) + U 2 (g) αρχικά: 1 1 αντ 2/3 2/3 2/3 2/3 ισορροπία: 1/3 1/3 2/3 2/3
34 k c = A A 3V3V 1_ 1 3V 3V = 4 CO (g) + U 20(g) CO 2(g) + Η 2(g) αρχικά: 1 (1+x) αντ - 0,8 0,8 0,8 0,8 ισορροπία: 0,2 (0,2+x) 0,8 0,8 0,8 0,8 = η -W» ^ ν = 4 => χ = 0,6 0,2 (0,2 +χ) V V 40. Έστω ότι προσθέτουμε χ από το Β. Υπάρχουν 2 περιπτώσεις: α) Αν χ > 2, αντιδρά το 80% του Α. A (g) + β (g) Γ(,? ) + A(g) αρχικά: 2 x αντ - 1,6 1,6 1,6 1,6 ισορροπία: 0,4 (x-1,6) 1,6 1,6 U> U5 k c = 4: V V 0,4 (x-1,6) = 3,2, η λύση είναι δεκτή γιατί 3,2>2 V V β) Αν χ < 2, αντιδρά το 80% του Β. Mr) + Β(.?) Γ( ) + a(g) αρχικά: 2 χ αντ 0,8x 0,8χ 0,8χ 0,8χ ισορροπία: (2-0,8χ) 0,2χ 0,8χ 0,8χ
35 0,8x (\8x l = 4-- V V (2-0,8x)0,2x V 1,25 <2. = 1,25, η λύση είναι δεκτή γιατί 41. Βάζουμε 1 Α και 1 Β και η απόδοση της αντίδρασης Afg) + B(g) T(g) είναι 60%. Αν βάλουμε 1 Α και 2 Β θα σχηματιστούν περισσότερο από 0,6 Γ, η απόδοση είναι μεγαλύτερη από 60%, γιατί σύμφωνα με την αρχή Le Chatelier είναι σαν να προσθέσαμε 1 του Β στο σύστημα που είχε ισορροπήσει όταν είχαμε βάλει σε κενό δοχείο 1 Α και 1 Β. 42. Έχουμε: S0 2 (a) + N0 2 (g) S0 3 (g) + NO(je) ισορροπία: 0,8 0,1 0,6 0,4 προσθέτ.: 0,3 αντ - x x x x νέα ισορ.: (0,8-x) (0,4-x) (0,6+x) (0,4+x), = 0,6 0,4 (θ,6 + χχθ,4+χ) c _ 0,8 0,1 ~ ~ (θ,8-χχθ,4-χ) Λύνουμε και βρίσκουμε χ = 0,17, οπότε στην τελική ισορροπία έχουμε 0,23 Ν0 2. 43. Έχουμε: pch(g) pch(g) + c\ 2 (x) ισορροπία: 4 2 8 προσθετ.: 4 αντ x x x νεα ισορ.: (8-x) (2+x) (8+x)
8 2 2 + χ 8 + χ k c = 2 2 _ 2 = 2 4 8-χ 36 2 2 Λύνουμε και βρίσκουμε: χ = 1,06 οπότε στην τελική ισορροπία έχουμε 6,94 PC1 5, 3,06 PC1 3 και 9,06 Cl 2. 44. Έχουμε: s0 2 (x) + ν0 2 (%) so,ω + νο(β>) ισορροπία: 2 4 8 3 προσθέτ.: χ αντ y y y y νέα ισορ.: (2+x-y) (4-y) (8+y) (3+y) y= 1 Προσθέσαμε x S0 2 και αντέδρασαν y S0 2 = 1 S0 2. 8 3 8+y 3+y k c = - V V 2 4 2+x-y 4-y V V V V Λύνουμε και βρίσκουμε x = 3. 45. Έχουμε αρχικά 46 g Ν 2 0 4 ή 0,5 Ν 2 () 4 και διασπώνται x Ν 2 0 4 Ν 2 0 4 2Ν0 2 αρχικά: 0,5 αντ χ 2χ ισορροπία: (0,5-x) 2χ k p = 2: Ρ ΝΟ, Ρ Ν 2Ο 4 2xRT \2 4χ ζ R300 (0,5 - χ )RT ~ 0,5 - χ 4,1 V
37 Λύνουμε και βρίσκουμε ως δεκτή λύση χ = 1/6. Στην ισορροπία έχουμε 1/3 Ν0 2. 46. Βάζουμε 0,01 COCI2 και διασπώνται x COC cocijo) co^j + ch(s) αρχικά: 0,01 αντ - x x x ισορροπία: (0,01-x) x x Ριαορ 'ισορ = 3,5 atm =» (0,01 + χ) 0,082 546 = 3,5 0,224 => χ = 0,0075 και α = 0,0075 = 75% 0,01 ' 0075 1 C Ρco = Pcu = 3,5 atm = 1,5 atm 0,0175 0,0025 Ρ COCl 2 ()0175 3,5 atm = 0,5 atm, Ρ CO Pc\ 2 1,5-1,5 ^ ac λ. k n = 2- = atm = 4,5 atm Pc oci, 0,5 47. Έστω ότι βάζουμε χ C0 2 και αντιδρούν 0,62χ C0 2. C0 2 te) + C(s) 2CO(s) αρχικά: x αντ 0,62x 1,24x ισορροπία: 0,38x l,24x l,24x Pc ο ~ 3,24 atm = 2,48 atm l,24x + 0,38x 0,38x Pc 2 3,24 atm = 0,76 atm l,24x + 0,38x ( κ Pco = atm = 8,09 atm P Pc o 2 0,76
38 48. Έχουμε: S0 2 (,i>) + N0 2 fe) - SOrf* ) + NOfe) ισορροπία: 0,8 0,1 0,6 0,4 προσθέτ.: x αντ - y y y y νέα ισορ.: (0,8+y) (0,1+y) (0,6-y) (0,4+x-y) y = 0,2 0,6 0,4 (0,6-y) (0,4+ x -y) ί- - V V V V,νς 0,8 0,1 " 0,8 + y 0,1 + y V V V V Λύνουμε και βρίσκουμε: χ = 2,05. 49. Έχουμε co 2^j + H 2 (t) COO?) + H 2 0(^j ισορροπία: 0,3 0,3 0,6 0,6 προσθέτ.: x αντ - y y y y νέα ισορ.: (0,3+x-y) (0,3-y) (0,6+y) (0,6+y) Για να γίνει η συγκέντρωση του CO ίση με 0,35 Μ πρέπει 0,6 + y = 0,7, δηλαδή y = 0,1. 06 06 (0,6+y) (0,6+ y) h - 2 ' = 4 = 03 03 0,3 + x - y 0,3 - y 2 ' 2 2 2 Λύνουμε και βρίσκουμε x = 0,4125. 50. Στους 427 C διασπάστηκε ποσότητα S0 3, διότι αυξήθηκε ο συνολικός αριθμός των es (από 8,5 σε 9). Έστω 2χ η ποσότητα του S0 3 που διασπάστηκε.
39 2S03( ) 2S0 2 ( ) + 0 2 ω αρχικά: 4 4 0,5 αντ - 2x 2χ χ ισορροπία: (4-2χ) (4+2χ) (0,5+x) Θα πρέπει: 4-2χ + 4 + 2χ + 0,5 + χ = 9 > χ = 0,5 α. L = /4Λ 2 ^Ll μ λ2 05 2 =1 4 β. kc' = V 2, \ 2 ] 2 _ 25 ; ~ 18 γ. Η αντίδραση είναι ενδόθερμη διότι αυξάνοντας τη θερμοκρασία ευνοείται η ενδόθερμη αντίδραση. Στη συγκεκριμένη περίπτωση διασπάστηκε ποσότητα SO3. 51. ϊ. Παράγονται 0,1 NOC1, αντιδρούν 0,05 Cl 2 και στην ισορροπία έχουμε 0,15 CI2 (γ). ϋ. Αυξάνεται ο όγκος του δοχείου, η ισορροπία μετατοπίζεται προς τα αριστερά και αυξάνεται η ποσότητα του CI2 (β). \2 06 25 iii. Η τιμή της k c είναι: -, = 1,5 10 3 (α). ^λ'0,15 02 λ 25 25
40 52. Έστω ότι αντιδρούν χ Η 2 : ΗΜ + h(k) 2HI0?) αρχικά: 0,5 0,5 αντ χ χ 2x ισορροπία: (0,5-x) (0,5-x) 2x k c - 64 = f 2χ λ2 10 0,5 - χ 0,5 - χ 10 10 Η δεκτή λύση είναι χ = 0,4. α. k p - k c = 64. β. Υπολογίζουμε εύκολα ότι στην ισορροπία στους 448 C έ- χουμε: 0,8 HI, 0,1 Η 2, 0,1 Ι 2. γ. Όταν αυξηθεί η θερμοκρασία στους 727 C ευνοείται η ενδόθερμη αντίδραση, αλλά δε δίνεται αν η αντίδραση είναι ενδόθερμη ή εξώθερμη. Παρατηρούμε, όμως, ότι είτε η αντίδραση οδηγηθεί προς τα δεξιά ή προς τα αριστερά, ο συνολικός αριθμός των es παραμένει σταθερός και ίσος με 1, οπότε: 1-0,082 1000 Ρ ολ = - atm = 8,2 atm 10 53. i. Βλέπε θεωρία. ii. Η k p μεταβάλλεται (αυξάνεται) μόνο με αύξηση της θερμοκρασίας. iii. α. Προς τα αριστερά για να ελαττωθεί το η 0 χ. β. Προς τα δεξιά που είναι ενδόθερμη. γ. Καμιά μεταβολή όπως μάθαμε στη θεωρία.
41 54. Βάζουμε χ C0 2 και αντιδρούν χα C0 2. COzfn) + C(s) 2CO(g) αρχικά: x αντ χα 2χα ισορροπία: χ(1-α) 2χα kp- _ Pc ο Ρ co, "CO 'ολ Ρ ολ 'CO, />ολ «ολ 2χα χ (ΐ + α) χ (ΐ - α) χ ( 1 + α ) Ρολ Ρολ 4α 1-α' -Ρολ Λύνουμε και βρίσκουμε α = 0,62. Στην ισορροπία έχουμε (x - 0,62χ) = 0,38χ C0 2 και 2 0,62χ CO = 1,24χ CO, οπότε: nrn 1,24χ -zcaat rtc 2 0,38x = 76,54% και 2 - l,62x «ολ l,62x = 23,46% β. To μίγμα περιέχει 6% σε es C0 2 και 94% σε es CO, οπότε: n co 2 "ολ = 0,06 και ''co ''ολ Από τη σχέση: k p = = 0,94 "CO "ολ Ρολ 'CO, 'ολ ' Ρολ Pc\ = k n atm = 0,68 atm Ρ 0,94 \2 εχουμε:
42 55. Βάζουμε 6 CaC0 3 και διασπώνται χ CaC0 3. CaC0 3 f.vj CaOf.v) + C0 2^'J αρχικά: 6 αντ x x x ισορροπία: (6-x) x x α. k p - p co "CO RT 9 = 9 123 x- 0,082 1500 41 χ = 3 β. Αντίστοιχα: y = K 0.082 1500 δηλαδή για να φτάσουμε στην ισορροπία μπορούν να διασπαστούν 9 CaC0 3. Επειδή έχουμε 6 CaC0 3 θα διασπαστούν όλα χωρίς να φτάσουμε στην ισορροπία. γ. 7 = 6' 0'082 1500 L = 82 L 56. Wi(g) + h(g) 2Hlfgj '0,5 ' V 25 α. qc = <49 02 02 4 V V β. To σύστημα δε βρίσκεται σε ισορροπία επειδή Q c < k c. Για να φτάσουμε στην ισορροπία θα αντιδράσουν x Η 2 με χ Ι 2 και θα παραχθούν 2x HI, οπότε: k c = 0,5 + 2χ 0,2-χ = 49 Λύνουμε και βρίσκουμε χ = 0,1, οπότε στην ισορροπία θα έ- χουμε 0,7 HI. γ. Έστω ότι προσθέτουμε ω HI.
43 η 2 (ζ) + \ 2 (g) 2ΗΙ(*) ισορροπία: 0,1 0,1 0,7 προσθέτ.: ω αντ - y y 2y νέα ισορ.: (0,1+y) (0,1+y) (0,7+oo-2y) Θα πρέπει: 0,1 + y = 0,2 > y = 0,1 0,7 + ω - 2y \2 t = 0,1+ y \2 = 49 Λύνουμε και βρίσκουμε ω = 0,9. 57. Διπλασιάζεται ο όγκος του δοχείου, ελαττώνεται η πίεση, οπότε σύμφωνα με την αρχή Le Chatelier πρέπει να αυξηθεί η πίεση, δηλαδή να αυξηθεί ο αριθμός των es των αερίων και η ι- κ = Ν 2 0 4 2Ν0 2 αρχικά: 0,52 0,96 αντσ χ 2χ Λ /ημ: ισορροπία: (0,52-x) (0,96+2χ) 0,96 Λ2 0,96+ 2χ 2V 0,52 0,52 - χ V 2V Λύνουμε και βρίσκουμε: χ = 0,12. 58. a. k c - 6,5 ΙΟ 2. \ 2 β. υ, = *, [Ν0] 2 [0 2 ] ή υ, = 2,6 1 0 3 -(6 1 0 3 ) 2-0,3 -L ' s" 1 = 28,08 10 3 -L '-s" 1
γ 44 2Ν0 2 ( ) 2N06?) + 0 7 (g) αρχικά: 0,2 αντ - 0,2 0,15 0,03 0,015 ισορροπία: 0,17 0,03 0,015 \2 0,03 0,015 kj 5 5 = 9,3 10" 5 στους μ C. 0,17 5 Στους λ C η k" της αντίδρασης: 1 1 2Ν0 2^>=^ 2NO(g) + 0 2 (g) είναι ίση με kc 650 Με ελάττωση της θερμοκρασίας (μ < λ) έχουμε ελάττωση και της τιμής της k c άρα η διάσπαση του Ν0 2 είναι ενδόθερμη αντίδραση. 59. Η ισορροπία δε θα διαταραχθεί.