Ποσοτική και Ποιoτική Ανάλυση ιδάσκων: Σπύρος Περγαντής Γραφείο: Α206 Τηλ. 2810 545084 E-mail: spergantis@chemistry.uoc.gr Κεφ. 14 Χημική Ισορροπία Μια υναμική Ισορροπία Χημική ισορροπία είναι η κατάσταση στην οποία φθάνει το μίγμα μιας αντίδρασης όταν η ταχύτητα της αντίδρασης προς τα δεξιά εξισωθεί με την ταχύτητα της αντίθετης αντίδρασης. 1
ΑΣΚΗΣΗ 14.1 Η συγκέντρωση υδρογόνου στο αέριο σύνθεσης (μίγμα CO και H 2 ) αυξάνεται, όταν αυτό διαβιβασθεί πάνω από έναν καταλύτη. Η διεργασία αυτή είναι γνωστή με το όνομα αντίδραση μετατόπισης υδραερίου. Μέρος του CO μετατρέπεται σε CO 2, το οποίο μπορεί να απομακρυνθεί: CO (g) +H 2 O (g) CO 2(g) +H 2 (g) Υποθέστε ότι ξεκινάτε με ένα αέριο μίγμα που περιέχει 1,00 mol CO και 1,00 mol Η 2 O. Στη θέση ισορροπίας στους 1000 o C, το μίγμα περιέχει 0,43 mol Η 2. Ποια είναι η γραμμομοριακή σύσταση του μίγματος ισορροπίας; ΕΛΕΓΧΟΣ ΚΑΤΑΝΟΗΣΗΣ ΕΝΝΟΙΩΝ 14.1 ύο ουσίες Α και Β αντιδρούν και παράγουν μια τρίτη ουσία C. Όταν το αντιδρών Α ελαττώνεται κατά την ποσότητα x, το προϊόν C αυξάνεται κατά την ποσότητα x. Όταν το αντιδρών Β ελαττώνεται κατά την ποσότητα x, το προϊόν C αυξάνεται κατά την ποσότητα 2x. Γράψτε τη χημική αντίδραση για την αντίδραση. Σταθερά Ισορροπίας CO (g) +3H 2(g) CΗ 4(g) +H 2 Ο (g) Πείραμα 1: 1,00 3,00 10,00 L 0,613 1,838 0,387 0,387 Πείραμα 2: 2,00 3,00 10,00 L 1,522 1,566 0,478 0,478 Έκφραση Σταθεράς Ισορροπίας Σταθερά Ισορροπίας Κ c Νόμος ράσης Μαζών ΑΣΚΗΣΗ 14.2 2
ΑΣΚΗΣΗ 14.4 Το σουλφίδιο του υδρογόνου, ένα άχρωμο και πολύ δύσοσμο αέριο, θερμαινόμενο διίσταται: 2H 2 S (g) 2H 2(g) +S 2 (g) Όταν σε δοχείο 10,00 L εισήχθησαν 0,100 mol Η 2 S και θερμαινόμενο στους 1132 o C, προέκυψε ένα μίγμα ισορροπίας που περιείχε 0,0285 mol Η 2. Ποια είναι η τιμή της K c σε αυτή τη θερμοκρασία; 3
CO (g) +3H 2(g) CΗ 4(g) +H 2 Ο (g) K p = K c (RT) n ΑΣΚΗΣΗ 14.5 Κατά την θέρμανση PCl 5(g) PCl 3 (g) +Cl 2 (g) Αν K 326X -2 c 3,26 10 στους 191 o C πόση είναι η τιμή της Κ p στη θερμοκρασία αυτή; Σταθερά ισορροπίας για το άθροισμα αντιδράσεων Αν μια δεδομένη χημική εξίσωση μπορεί να προκύψει ως άθροισμα άλλων χημικών εξισώσεων, η σταθερά ισορροπίας της δεδομένης εξίσωσης ισούται με το γινόμενο των σταθερών ισορροπίας των άλλων εξισώσεων. 4
Ομογενής Ισορροπία Ετερογενής Ισορροπία ΑΣΚΗΣΗ 14.6 ΧΡΗΣΗ ΤΗΣ ΣΤΑΘΕΡΑΣ ΙΣΟΡΡΟΠΙΑΣ Ποιοτική ερμηνεία της σταθεράς ισορροπίας Πρόβλεψη της κατεύθυνσης μιας αντίδρασης Υπολογισμός των συγκεντρώσεων ισορροπίας 5
Ποιοτική ερμηνεία της σταθεράς ισορροπίας Κ c = 10 140 ΑΣΚΗΣΗ 14.7 H K =40X 13 o c 4,0 X 10 στους 25 C για την αντίδραση 2NO (g) +O 2 (g) 2NO 2 (g) Αποτελείται το μίγμα ισορροπίας κυρίως από αντιδρώντα ή προϊόντα; Αν στην ισορροπία έχουμε [NO]=[O 2 ]=2,0x10-6 M, πόση είναι η συγκέντρωση ισορρoπίας του NO 2 ; Πρόβλεψη της Κατεύθυνσης μιας Αντίδρασης Πηλίκον Αντίδρασης Q c ΑΣΚΗΣΗ 14.8 6
Υπολογισμός Συγκεντρώσεων Ισορροπίας 1. Καταστρώνουμε πίνακα με τις αρχικές συγκεντρώσεις, τις μεταβολές τους και τις συγκεντρώσεις ισορροπίας συναρτήσει ενός αγνώστου χ. 2. Αντικαθιστούμε τις συγκεντρώσεις ισορροπίας που εμπεριέχουν το χ στην εξίσωση της σταθεράς ισορροπίας. 3. Λύνουμε την εξίσωση της σταθεράς ισορροπίας και βρίσκουμε τις τιμές των συγκεντρώσεων ισορροπίας. ΑΡΧΗ TOY Le Chatelier 1. Μεταβάλλοντας τις συγκεντρώσεις προϊόντων ή αντιδρώντων 2. Μεταβάλλοντας την μερική πίεση αερίων αντιδρώντων ή προϊόντων μέσω μεταβολής του όγκου 3. Μεταβάλλοντας την θερμοκρασία ΑΠΟΜΑΚΡΥΝΣΗ ΠΡΟΪΟΝΤΩΝ Ή ΠΡΟΣΘΗΚΗ ΑΝΤΙ ΡΩΝΤΩΝ 7
Αρχή Le Chatelier : όταν ένα σύστημα σε χημική ισορροπία διαταράσσεται λόγω μεταβολής θερμακρασίας, πίεσης ή συγκέντρωσης, η ισορροπία του συστήματος μετατοπίζεται προς εκείνη την κατεύθυνση κατά την οποία εξουδετερώνεται η μεταβολή αυτή. Πηλίκο Αντίδρασης Q i Παράδειγμα 14.9 και Άσκηση 14.12 Κ c = 10 140 HgI 2 NaClO NaI 8
ΜΕΤΑΒΟΛΗ ΠΙΕΣΗΣ CO (g) +3H 2(g) CΗ 4(g) +H 2 Ο (g) 230-450 o C 1-100 atm C (s) +CO 2(g) 2CO (g) Συμπέρασμα: Αν η πίεση αυξάνεται, λόγω ελάττωσης του όγκου του μίγματος αντίδρασης, η αντίδραση μετατοπίζεται προς την κατεύθυνση που έχουμε τα λιγότερα moles αερίων. Παράδειγμα 14.10 και Άσκηση 14.13 9
ΜΕΤΑΒΟΛΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ CO (g) +3H 2(g) CΗ 4(g) +H 2 Ο (g) Η = - 206,2 kj Συμπεράσματα Ενδόθερμη αντίδραση Εξώθερμη αντίδραση Παράδειγμα 14.11 και Άσκηση 14.14 και 14.15 10