ΧΗΜΙΚΗ ΙΣΟΡΡΟΠΙΑ ΛΥΣΕΙΣ ΑΣΚΗΣΕΩΝ ΒΙΒΛΙΟΥ (ΣΕΛ. 3 37) (7) Προς τα πού θα μετατοπιστεί η ισορροπία στην αμφίδρομη αντίδραση CO(g) + H(g) CH3OH(g) ΔΗ < 0 α. αν αυξήσουμε τη θερμοκρασία; β. αν ελαττώσουμε τον όγκο του δοείου που περιέει τα αέρια ισορροπίας σε σταθερή θερμοκρασία; γ. Αν προσθέσουμε στο μίγμα ισορροπίας Η; (α) Η αντίδραση είναι εξώθερμη, αφού ΔΗ<0. Η αύξηση της θερμοκρασίας δεν ευνοεί τις εξώθερμες αντιδράσεις. Η ισορροπία θα μετατοπιστεί προς τα αριστερά. (β) Ελάττωση του όγκου του δοείου, προκαλεί αύξηση της πίεσης. Άρα σύμφωνα με την αρή Le Chatelier η αντίδραση θα μετατοπιστεί προς την κατεύθυνση που θα μειωθεί η πίεση, άρα προς την κατεύθυνση που σηματίζονται λιγότερα mol αερίων. Προς τα δεξιά, από 3 mol αερίων στα «αντιδρώντα» σε mol αερίων στα «προϊόντα». (γ) Με αύξηση της συγκέντρωσης Η, σύμφωνα με την αρή Le Chatelier η αντίδραση θα μετατοπιστεί προς τα δεξιά, ώστε να καταναλωθεί Η και να αναιρεθεί η αύξηση της συγκέντρωσής του. (0) Ποιες από τις παρακάτω ισορροπίες είναι ομογενείς και ποιες ετερογενείς; α. Ν(g) + 3H(g) NH3(g) β. CaCO3(s) CaO(s) + CO(g) E(διαφορετική φάση, s, g) Ag+(aq) + Cl-(aq) γ. AgCl(s) + O (ίδια φάση, g) - δ. NH4 (aq) + F (aq) E(διαφορετική φάση, s, aq) NH3(aq) + HF(aq) O(ίδια φάση, aq) () Να συμπληρώσετε τα κενά στις επόμενες προτάσεις: α. Στην κατάσταση ημικής ισορροπίας συνυπάρουν ποσότητες από όλα τα αντιδρώντα και προϊόντα, ωρίς οι ποσότητές τους να μεταβάλλονται με την πάροδο του ρόνου, εφόσον οι συνθήκες παραμένουν σταθερές. β. Η ημική ισορροπία είναι δυναμική και όι στατική. Αυτό σημαίνει ότι οι αντιδράσεις πραγματοποιούνται ταυτόρονα και με την ίδια ταύτητα. γ. Αντιδράσεις που πραγματοποιούνται και προς τις δύο κατευθύνσεις ταυτόρονα και καταλήγουν σε κατάσταση ημικής ισορροπίας ονομάζονται αμφίδρομες αντιδράσεις. δ. Ομογενή ισορροπία έουμε όταν τα αντιδρώντα και προϊόντα βρίσκονται σε ίδια φάση. Ετερογενή ισορροπία έουμε όταν τα αντιδρώντα και τα προϊόντα βρίσκονται σε περισσότερες από μία φάσεις. /7
() Ποια από τις παρακάτω προτάσεις που αφορούν τη ημική ισορροπία είναι λάθος; α. Στην κατάσταση ισορροπίας οι ταύτητες των δύο αντιδράσεων που εκφράζουν τις δύο αντίθετες φορές είναι ίσες. β. Στην κατάσταση ισορροπίας οι ποσότητες όλων των σωμάτων που είναι παρόντα, είναι ίσες. Λάθος γ. Η κατάσταση ημικής ισορροπίας είναι μια δυναμική ισορροπία. (5) Να συμπληρώσετε με ένα Σ όσες από τις επόμενες προτάσεις είναι σωστές και με Λ όσες είναι λανθασμένες. α. Οι μονόδρομες αντιδράσεις έουν πάντοτε μεγάλη ταύτητα και οι αμφίδρομες έουν πάντοτε μικρή ταύτητα. Λ β. Η απόδοση μιας αμφίδρομης αντίδρασης είναι πάντοτε μικρότερη του. Σ γ. Στην κατάσταση ημικής ισορροπίας οι συγκεντρώσεις όλων των αντιδρώντων είναι πάντοτε ίσες μεταξύ τους. Λ δ. Στην κατάσταση ημικής ισορροπίας εφόσον οι συνθήκες παραμένουν σταθερές, οι συγκεντρώσεις όλων των αντιδρώντων και προϊόντων παραμένουν σταθερές. Σ (6) Σε κλειστό δοείο σταθερού όγκου L εισάγουμε 4 mol PCl5 και θερμαίνουμε στους 00 C οπότε αποκαθίσταται η ισορροπία PCl5(g) PCl3 (g) + Cl(g) Αν η απόδοση είναι α 60%, να βρείτε: α. τις ποσότητες των τριών αερίων στην ισορροπία β. τις συγκεντρώσεις των τριών αερίων στην ισορροπία PCl5(g) mol /Λιτρα αρικά PCl3(g) + Cl(g) 4 mol αντιδρούν σηματίζονται ισορροπία 4- mol 4-,4,6 mol,4 mol,4 Από τα δεδομένα της άσκησης αφού η απόδοση είναι 60%, υπολογίζομε την ποσότητα PCl3 που σηματίζεται πρακτικά και είναι η ποσότητα Χ που υπάρει στην ισορροπία. Κατ αρήν βρίσκω τη θεωρητική απόδοση σε PCl3: Από τη στοιειομετρία της αντίδρασης: mol PCl5 δίνει mol PCl3 4 mol PCl5 ; 4 mol PCl3 το θεωρητικό ποσόν α πρακτικό θεωρητικό 0,6 4 Χ 4.0,6,4 Αντικαθιστώ το Χ στον πίνακα α) Ποσότητες ουσιών στην ισορροπία: PCl5,6 PCl3,4 Cl,4 β)για τις συγκεντρώσεις διαιρώ τις ποσότητες δια, αφού όγκος του δοείουl: [PCl5] 0,8 M, [PCl3], M, /7 [Cl], M
(7) Σε κλειστό δοείο σταθερού όγκου V 4 L εισάγουμε 9,7 g φωσγενίου COCl και θερμαίνουμε στους 7 C, οπότε αποκαθίσταται η ισορροπία: COCl(g) CO(g) + Cl(g) στην κατάσταση ημικής ισορροπίας έουμε 4, g CO. Ζητούνται: α. οι ποσότητες των τριών αερίων στην ισορροπία. β. η απόδοση της αντίδρασης (α) ι. Κατ αρήν βρίσκομε τη μοριακή μάζα των COCl και CO, ώστε να μετατρέψουμε τα γραμμάρια σε mol. M.M COCl +6+ (.35,5) 99 Επομένως αριθμός mol COCl 9,7 99 0,3 αρική ποσότητα Μ.Μ CO +6 8 Επομένως αριθμός mol CO 4, 8 0,5 ποσότητα στην ισορροπία ιι. Σηματίζω το σετικό πίνακα: COCl(g) Αρικά/ mol αντιδρούν σηματίζονται / mol Ισορροπία/mol CO(g) + Cl(g) 0,3 - - 0,3-0,3-0,50,5 0,5 Από τα δεδομένα της άσκησης στην ισορροπία υπάρουν 0,5 mol CO. 0,5 Άρα 0,5 Αντικαθιστώ στον πίνακα και βρίσκω τις ποσότητες των ουσιών στην ισορροπία: COCl: 0,5mol, CO:0,5mol, Cl:0,5mol (β) απόδοση α πρακτικό ποσό (CO ) θεωρητικό ποσό (CO) 0,5 0,3 0,5 ή 50% Από 0,3mol COCl, θεωρητικά θα παράγονταν 0,3 mol CO α. Όταν μεταβάλλουμε ένα από τους παράγοντες ισορροπίας (συγκέντρωση, πίεση, θερμοκρασία) η θέση της ισορροπίας μετατοπίζεται προς εκείνη την κατεύθυνση που τείνει να αναιρέσει τη μεταβολή που επιφέραμε. β. Μείωση της θερμοκρασίας μετατοπίζει την ισορροπία προς την κατεύθυνση εκείνη που εκλύεται θερμότητα, δηλαδή ΔΗ είναι μικρότερη του μηδενός. γ. Μεταβολή της πίεσης που γίνεται με μεταβολή του όγκου του δοείου (0) Να συμπληρώσετε τα κενά στις προτάσεις: επηρεάζει τη θέση ισορροπίας υπό την προϋπόθεση α. να μετέουν στην ισορροπία αέρια σώματα και β. να παρατηρείται μεταβολή του αριθμού των mol των αερίων. Αύξηση της πίεσης (σε σταθερή θερμοκρασία) μετατοπίζει την ισορροπία προς την κατεύθυνση που προκαλεί μείωση του αριθμού των mol των αερίων 3/7
() Δίνεται η ισορροπία COCl(g) CO(g) + Cl(g) ΔΗ < 0. Προς τα πού θα μετατοπιστεί η ισορροπία αν: α. Αυξήσουμε τη θερμοκρασία β. Αυξήσουμε την πίεση ελαττώνοντας τον όγκο του δοείου. γ. Προσθέσουμε στο δοείο CO. α. Προς τα αριστερά, αφού η αντίδραση προς τα δεξιά είναι εξώθερμη (ΔΗ<0). β. Προς τα αριστερά όπου σηματίζονται λιγότερα mol αερίων (mol στα αντιδρώντα - mol στα προϊόντα). γ. Προς τα αριστερά, για να μειωθεί η συγκέντρωση του CO. () Να σημειώσετε με Σ τις σωστές από τις επόμενες προτάσεις και με Λ τις λανθασμένες. α. H ισορροπία Η (g) + Ι (g) ΗΙ(g) δεν επηρεάζεται αν αυξήσουμε τον όγκο του δοείου σε σταθερή θερμοκρασία. Σ. Ίδιος αριθμός mol στα αντιδρώντα και προϊόντα, - β. Όταν αυξάνουμε τη θερμοκρασία αυξάνει η απόδοση μιας εξώθερμης αντίδρασης. Λ, η ισορροπία θα μετατοπιστεί προς τα αριστερά, άρα η απόδοση θα μειωθεί γ. Προσθήκη καταλύτη αυξάνει την απόδοση της εξώθερμης αντίδρασης. Λ. Οι καταλύτες δεν επηρεάζουν την απόδοση, αλλά την ταύτητα μιας Αντίδρασης (3) Δίνονται οι ισορροπίες που περιγράφονται από τις αντιδράσεις: α. Η(g) + Ι(g) β. PCl5(g) ΗΙ(g) PCl3(g) + Cl(g) γ. CO (g) + C(s) CO(g) δ. CaCO3(s) CaO(s) + CO (g) Σε ποιες από αυτές τις ισορροπίες όταν αυξάνουμε τον όγκο του δοείου διαταράσσεται η ισορροπία και προς ποια κατεύθυνση οδεύει η αντίδραση ώστε να αναιρεθεί η μεταβολή; α.δε μετατοπίζεται γιατί μένει σταθερός ο αριθμός των mol των αερίων ( -). β. Δεξιά για να αυξηθεί ο αριθμός των mol των αερίων ( - ) γ. Δεξιά για να αυξηθεί ο αριθμός των mol των αερίων ( -). δ. Δεξιά για να αυξηθεί ο αριθμός των mol των αερίων (0 -). (6) Για την εξώθερμη αντίδραση: CO(g) + H(g) CH3OH(g) ΔΗ<0 α. πώς η αύξηση της θερμοκρασίας επηρεάζει την ταύτητα και πώς την απόδοση της αντίδρασης; β. πώς η αύξηση της πίεσης επηρεάζει την ταύτητα και πώς την απόδοση της αντίδρασης; α. Η αύξηση της θερμοκρασίας αυξάνει την ταύτητα της αντίδρασης και ελαττώνει την απόδοσή της, γιατί η αντίδραση είναι εξώθερμη και η ισορροπία μετατοπίζεται προς τα αριστερά που η αντίδραση είναι ενδόθερμη. β. Η αύξηση της πίεσης με μεταβολή του όγκου του δοείου αυξάνει την ταύτητα και την απόδοση τηςη συγκεκριμένης αντίδρασης, η ισορροπία δεξιά. (7) Δίνεται ισορροπία: A(g) + B(g) γιατίγ(g). H σωστήμετατοπίζεται έκφραση για προς την Κτα είναι: c 4/7
(7) Δίνεται η ισορροπία: A(g) + B(g) α. [Γ] [Α][Β] β. [Γ ] [Α] [ Β] γ. Γ(g). H σωστή έκφραση για την Κc είναι: [Γ ] [ Α] + [ Β] δ. [ G] [Α ] [Β] Β. (8) Δίνεται η ισορροπία: Α(g) + B(g) Γ(s) + Δ(g). H σωστή έκφραση για την Κc είναι: α. [Γ] [Δ] [Α][Β] β. [ Γ ] + [ Δ ] [ Α] + [ Β] γ. [Δ] [Α ][Β] δ. [G] [Δ] [ Α][ Β]. Γ. Τα στερά (s) δεν περιλαμβάνονται στη σέση (9) Σε δοείο όγκου L βρίσκονται σε ισορροπία 0,8 mol SO, 0, mol O και,4 mol SO3. Να βρεθεί η τιμή της Kc της ημικής εξίσωσης: SO (g) + O (g) SO3(g) Επειδή ο όγκος του δοείου είναι L, διαιρώ τις ποσότητες των ουσιών δια, ώστε να έω συγκέντρωση mol/l, και αντικαθιστώ στον τύπο: [ SO 3 ] ( 0,7 ) Kc 30,65 [SO ] [O ] 0,4 0, NH3(g) στους 360 C είναι Kc,5. Ποια είναι η Kc της NH3(g) Ν(g) + 3H (g) στους 360 C. Επειδή πρόκειται για την αντίστροφη αντίδραση, και η θερμοκρασία είναι ίδια ισύει : (3) Η Κc της αντίδρασης Ν(g) +3H(g) kc Kc kc 0,8 kc, 5 (33) Δίνεται η ισορροπία: ΝΟ4(g) NO(g) ΔΗ > 0 (ενδόθερμη). Ποιες από τις παρακάτω μεταβολές θα ελαττώσουν την τιμή της Kc: α. Προσθήκη ποσότητας ΝΟ4 β. Ελάττωση της θερμοκρασίας γ. Προσθήκη καταλύτη δ. Διπλασιασμός του όγκου του δοείου. Σωστή απάντηση είναι η (β). H kc μιας ορισμένης ημικής εξίσωσης μεταβάλλεται μόνο με τη θερμοκρασία. Στις ενδόθερμες αντιδράσεις η ελάττωση της θερμοκρασίας προκαλεί ελάττωση της kc (αρή Le Chatelier), γιατί η ισορροπία θα μετατοπιστεί αριστερά 5/7
(34) Σε δοείο όγκου L βάζουμε 4 mol N και 0 mol H. Στην ισορροπία έουμε 6 mol NH3. Ποια είναι η απόδοση και ποια είναι η τιμή της σταθεράς ημικής ισορροπίας της ημικής εξίσωσης: Ν(g) + 3H(g) NH3 (g); Σηματίζουμε το σετικό πίνακα: N(g) Αρικά /mol αντιδρούν σηματίζονται/mol Ισορροπία/mol στα L + 3H(g) 4 0 3 4-4-3 3 9 0-3 0-3.3 NH3(g) 6 6 Από τα δεδομένα της άσκησης στην ισορροπία έουμε 6 mol NH3, άρα 6, 3 Αντικαθιστώ στον πίνακα και βρίσκω ποσότητες αερίων. (α) Για να βρω την απόδοση, ελέγω πρώτα ποιο από τα αντιδρώντα βρίσκεται σε περίσσεια. Παρατηρώ ότι σε περίσσεια βρίσκεται το Ν (4mol N απαιτούν για να αντιδράσουν mol Η, και στο σύστημα έουμε προσθέσει μόνο 0 mol Η, άρα θεωρητικά δεν μπορεί να αντιδράσει όλη η ποσότητα Ν) Υπολογίζω τη θεωρητική απόδοση σε ΝΗ3, από την ποσότητα Η, με βάση τη στοιειομετρία της αντίδρασης: 3 mol Η σηματίζουν mol ΝΗ3 0 mol ; Χ 6,67 mol ΝΗ3 το θεωρητικό ποσόν αμμωνίας 6 mol ΝΗ3 η ποσότητα που σηματίστηκε πρακτικά Απόδοση α πρακτικό θεωρητικό 6 6,67 0,9 ή 90%! Η απόδοση μπορεί να υπολογιστεί και από το Η: α ποσότητα υδρογόνου που αντέδρασε θεωρητικό ποσόν 9 0 0,9 (β) Για να βρούμε τη σταθερά ημικής ισορροπίας, βρίσκομε τις συγκεντρώσεις των αερίων σε mol/l, διαιρώντας τις ποσότητες που υπάρουν στην ισορροπία δια, αφού ο όγκος του δοείου L, και αντικαθιστούμε στη σέση: [ NH 3 ] ( 3) Kc 44 [H ]3 [N ] 0,53 0,5 6/7
(36) Στους 00 C η Kc της αντίδρασης: PCl5(g) PCl3(g) + Cl(g) ΔΗ +4 kj έει την αριθμητική τιμή 8 0-3. α. Να γράψετε την έκφραση της Kc για την αντίδραση. γ. Ποια είναι η αριθμητική τιμή και οι μονάδες της Kc της αντίστροφης αντίδρασης: PCl3(g) + Cl(g) PCl5(g) στους 00 C; δ. Πώς θα μεταβληθούν οι ποσότητες των τριών αερίων στην ισορροπία: i. Αν αυξηθεί η πίεση με ελάττωση του όγκου σε σταθερή θερμοκρασία; ii. Αν αυξηθεί η θερμοκρασία; iii. Πώς μεταβάλλεται η Kc σε κάθε μία από τις προηγούμενες μεταβολές; α. kc [PCl3 ][Cl ] [PCl5 ] γ. kc k c 8 0-3 δ. Η αντίδραση θα μετατοπιστεί προς τα: i. αριστερά, άρα οι ποσότητες των PCl3 και Cl θα μειωθούν και του PCl5 θα αυξηθεί. ii. δεξιά, άρα οι ποσότητες των PCl3 και Cl θα αυξηθούν και του PCl5 θα μειωθεί iii. H kc μεταβάλλεται μόνο στην περίπτωση (ii) και συγκεκριμένα αυξάνει, γιατί η αντίδραση είναι ενδόθερμη. 7/7