ECHILIBRUL CHIMIC - Teste si APLICATII NUMERICE REZOLVATE

E C H I L I B R U L C H I M I C

T e s t e si A P L I C A T I I N U M E R I C E R E Z O L V A T E

1.Sa se calculeze :

a.constanta de echilibru in functie de concentratii , K_c , pentru sistemul la echilibru: H₂ (g) + I₂ (g) ↔ 2 HI (g) ,stiind ca intr-un vas de reactie ,la 445⁰C si 1 atm., se gasesc 5,28 moli I₂ (g) , 0,12 moli H₂ (g) si 5,64 moli HI (g) .Volumul vasului de reactie este V L.

b.constanta de echilibru in functie de presiuni partiale ,K_p , in conditiile date.

Rezolvare :

a.K_c = ( c ²_HI ) _ech / ( ( c _H2 )_ech . ( c _I2 )_ech ) = ( 5,64 / V )² / (( 5,28 / V ) ( 0,12 / V )) = 50,20 ( adimensional)

b.K_p = K_c ( RT ) ^Δν ; Δν = 2- (1 + 1) = 0 ( variatia numarului de moli in timpul reactiei ) K_p = K_c = K = 50,20 .

2.Pentru sistemul aflat in starea de echilibru chimic : 2 HI (g) ↔ H₂ (g) + I₂ (g) ,se cunosc valorile constantelor de viteza ,la 1 atm si 700⁰C , pentru reactia directa si reactia inversa

-11-

egale cu: k_d = 6,2 x 10 ^-4 L / ( mol.s) si k_i = 3,47 x 10 ^-2 L / ( mol.s) . Sa se calculeze constanta de echilibru in functie de concentratii si de presiuni partiale pentru sistemul dat.

Rezolvare :

K_c = k_d / k_i = (6 x 10 ^-4 L / ( mol.s) ) / (3,47 x 10 ^-2 L / ( mol.s) ) = 1,786 x 10^-2 ;

K_p = K_c ( RT ) ^Δν ; Δν = 1 + 1 - 2 = 0 ( variatia numarului de moli in timpul reactiei ) K_p = K_c = K = 1,786 x 10^-2 .

3.In amestecul de gaze de esapament in prezenta catalitica a oxizilor unor metale tranzitionale se stabilesc urmatoarele echilibre:

(1).NO + H₂ ↔ 1/2 N₂ + H₂ O ; (2). NO + CO ↔ 1/2 N₂ + CO₂ ;

(3) CO + H₂ O ↔ CO₂ + H₂

Sa se stabileasca o relatie de legatura intre constantele de echilibru K_p1 , K_p2 , K_p3 ale celor 3 sisteme la echilibru date .

Rezolvare :

K_p1 = ( p_N2^1/2 . p_H2O ) / ( p_NO .p_H2 ) ; K_p2 = ( p_N2^1/2 . p _CO2 ) / ( p_NO .p_CO ) ;

K_p3 = ( p _CO2 . p_H2 ) / ( p _CO .p_H2O ) K_p2 = K_p1 . K_p3

4.La 2000 K,K_p = 0,63 atm ^{1/ 2} pentru sistemul la echilibru A₂B(g)↔A₂(g)+1/2B₂(g)

Sa se calculeze :

a.Valorile constantelor de echilibru K_x si K_c la aceeasi temperatura , cunoscand presiunea totala a amestecului gazos la echilibru P = 10 atm ; R=0,082 L.atm/(mol.K)

b.Constanta de echilibru K_p^' pentru sistemul la echilibru :

A₂ ( g ) + 1/2 B₂( g ) ↔ A₂B ( g ) .

c. Constanta de echilibru K_p^" pentru sistemul la echilibru :

2A₂B ( g )↔ 2A₂ ( g ) + B₂( g ).

d.Sa se stabileasca relatia matematica dintre cele 3 constante de echilibru:K_p, K_p^' ,K_p^"

Rezolvare :

a.K_x = K_p . p^-Δν = 0,63 atm^{1/ 2}.(10 atm ) ^-1/2 = 0,199 ; variatia numarului de moli corespunzatoare procesului de echilibru este Δν = ( 1 + 1/2 -1 ) = 1 /2 ;

K_c = K_p . (RT )^-Δν = 0 atm^1/2.(( 0,082 L.atm/(mol.K)).2000 K)^-1/2 =0,049(mol/L )^1/2

b.Se observa usor ca procesul de echilibru dat reprezinta inversul celui de la pct.a. Deci si valoarea constantei de echilibru va fi inversa : K_p^' = 1 / K_p = 1,587 atm ^-1/2

c.In acest caz , ecuatiile procesului de echilibru dat reprezinta multiplicarea cu 2 a ecuatiilor sistemului de la pct.a. Deci,constanta de echilibru corespunzatoare va fi :

K_p^"= K_p² = ( 0,63 atm^1/2 ) ² = 0,3969 atm .

d. K_p^' = 1 / K_p ; K_p^"= K_p² K_p = 1 / K_p^' = ( K_p ^" )^1/2

5.a.Pe baza principiului Le Chatelier -Braun ,al deplasarii echilibrului chimic, sa se indice efectul maririi presiunii ,la temperatura constanta,asupra urmatoarelor echilibre chimice :

(1).CO₂ ( g ) + H₂ ( g ) ↔ H₂ O ( g ) + CO ( g ) ;

(2).SO₂ ( g ) + 1 / 2 O₂ ( g ) ↔ S O₃ ( g ) ;

(3).H₂ ( g ) + I₂ ( g ) ↔ 2 H I ( g ) ;

(4).N₂ ( g ) + 3 H₂ ( g ) ↔ 2 NH₃ ( g ) ;

(5).2 O₃ ( g ) ↔ 3 O₂ ( g ) .

b.Ce puteti spune despre influenta maririi / micsorarii temperaturii asupra acestor echilibre chimice ?

Rezolvare :

a.Conform principiului Le Chatelier - Braun , ( modificarea) marirea / micsorarea presiunii are efect asupra sistemelor chimice ajunse in starea de echilibru chimic ,continand componente in faza gazoasa , si anume echilibrul chimic "se va deplasa" spre formarea de

-12-

substante cu volum mai mic / mai mare , cu conditia ca reactiile sa decurga cu modificarea numarului de moli: Δν0.

Se noteaza modificarea de numar de moli pentru fiecare din sistemele date :

(1).Δν = +1 ) - ( 1+1) = 0 ; (2). Δν = ) - ( 1 + 1 / 2 ) = - 1 / 2 ;

(3).Δν = ) - ( 1+1) = 0 ; (4).Δν = ( 2 ) - ( 1+3) = -2 ; (5). Δν = ) - ( 2) = 1

Pentru (1) si (3 Δν = 0 si modificarea presiunii nu are nici un efect asupra echilibrului chimic .

Pentru (2) si (5 Δν ≠ 0 ,dar < 0 ; marirea presiunii deplaseaza echilibrul chimic spre formarea de substante cu volum mai mic ,deci ,in acest caz, spre dreapta.

Pentru (4) si (6 Δν ≠ 0 ,dar > 0 ; marirea presiunii deplaseaza echilibrul chimic spre formarea de substante cu volum mai mic ,deci ,in acest caz, spre stanga.

b.Pentru a putea discuta influenta modificarii temperaturii asupra echilibrului chimic ,trebuie cunoscut efectul termic corespunzator reactiilor chimice care au loc in fiecare sistem la echilibru.

T E S T E SI A P L I C A T I I N U M E R I C E

P R O P U S E      SPRE R E Z O L V A R E

1.Pentru un sistem aflat in stare de echlibru chimic dinamic sa se indice care din afirmatiile urmatoare sunt adevarate :

- reactia directa si reactia inversa inceteaza ;

- viteza reactiei directa este egala cu viteza reactiei inverse ;

- concentratia reactantilor devine mai mica decat concentratia produsilor de reactie ;

- concentratia reactantilor devine mai mare decat concentratia produsilor de reactie ;

- valoarea constantei de echilibru nu se modifica la adaugarea de catalizator;

- valoarea constantei de echilibru nu se modifica daca se modifica temperatura;

- valoarea constantei de echilibru nu se modifica daca se modifica presiunea ;

- reactiile chimic decurg spontan pentru a se atinge starea de echilibru chimic dinamic;

- starea de echilibru chimic dinamic este atinsa in timp mult mai scurt in prezenta unui catalizator adecvat.

Motivati raspunsurile.

2.Intr-un vas de reactie se introduc N₂ (g) si O₂(g).Constanta de echilibru in functie de concentratii a procesului chimic care are loc este K_c = 40 .Sa se calculeze valorile constantelor de echilibru in functie de presiuni partiale,fractii molare,numere de moli ( K_p ;K_x ; K_n )

3.Pentru sistemele la echilibru in faza gazoasa ,la temperatura constanta,mentionate in continuare,sa se deduca relatiile dintre constantele de echilibru exprimate in functie de presiuni partiale ,K_p, in functie de concentratii,K_c,in functie de fractii molare,K_x,in functie de numere de moli , K_n:

(1) H₂ (g) + I₂ (g) ↔ 2 HI (g) ; (2) HI ↔ 1 / 2 H₂ (g) + 1 / 2 I₂ (g) ;

(3) 2 O₃ (g) ↔ 3 O₂ (g) ; (4) N₂ (g) + O₂ (g) ↔ 2 NO (g)

4.Pentru procesul redox : N₂ (g) + 3H₂ (g) ↔ 2 NH₃ (g) care se desfasoara la 600 K valoarea constantei de echilibru este K_p = 1,48 x 10^-3 atm^-2 ; R=0,082 L.atm/(mol.K)

a.Sa se calculeze K _c pentru sistemul dat

b.sa se analizeze procesul redox.

5.Sa se completeze tabelul urmator, considerand ca sistemele date sunt in stare de echilibru chimic dinamic :

-13-

6.Disocierea termica a oxidului de argint format prin coroziunea chimica a argintului

in atmosfera uscata de oxigen,are loc in anumite conditii de temperatura si este un proces reversibil:

182⁰C

2 Ag₂ O (s) ↔ 4 Ag (s) + O₂ (g se cunoaste ΔH⁰_298,f = -15,3 kJ / mol Ag₂O

Sa se indice care din afirmatiile urmatoare sunt adevarate / corecte si sa se motiveze raspunsurile:

- procesul se desfasoara in sistem heterogen;

- procesul este ireversibil;

- constanta de echilibru are expresia : K_p= ( p_O2 x p_Ag⁴ ) / p_Ag2O²;

- unitatea de masura pentru constanta de echilibru este atm³;

- reactia directa este endoterma;oxidul de argint se descompune,deci,la cresterea temperaturii,

conform principiului lui Le Chatelier ;

- variatia numarului de moli pentru reactia directa este : Δν =( 4 + 1) - 2 = 3;

- echilibrul chimic se deplaseaza spre dreapta prin scaderea presiunii,conform principiului lui Le Chatelier.