LISTA 7. Równowaga chemiczna. Równowagi w fazie gazowej. Obliczanie
składów i stężeń równowagowych dla reakcji w fazie gazowej.
Obliczanie stałej równowagi reakcji w fazie gazowej.
Uwaga: należy stosować formalizm standaryzowanych stałych równowagi (tj. niezależnych od ciśnienia i stężeń)
Literatura:
1. W. Ufnalski, Podstawy obliczeń chemicznych z programami
komputerowymi, WNT Warszawa 1999
2. L. Jones, P. Atkins, “Chemia ogólna”, PWN Warszawa 2004, 2010
1. Zmieszano 3,0 mol wody i 1,0 mol chloru. W temperaturze 600˚C ◦w stanie równowagi reakcji
2H2O(g) + 2Cl2(g) 4HCl(g) + O2(g)
układ zawierał 0,33 mol tlenu. Oblicz skład mieszaniny równowagowej w
procentach masowych oraz objętościowych.
(Odp. % H2O = 33,72%;%Cl2 = 9,65%; %HCl = 38,52%;
%obj.H2O = 54,04%; %obj Cl2 = 7,85; %obj.HCl = 30,48%)
2. Zmieszano 1,0 mol tlenku węgla(II) z czterokrotnym nadmiarem pary wodnej. Po ogrzaniu do 600˚C i osiągnięciu stanu równowagi reakcji:
CO(g) + H2O(g) CO2(g + H2(g)
układ zawierał 0,34 mol wodoru. Oblicz:
skład mieszaniny równowagowej w procentach masowych
ułamek molowy tlenku węgla(II) w mieszaninie równowagowej
stałą równowagi Kc tej reakcji.
(Odp. a. %CO = 18,48%; % H2O = 65,88; %H2 = 0,68%;
b. xCO = 0,132; xH2O = 0,732; xCO2 = 0,068; c. Kc = 4,76·10-2.)
3. Sporządzono mieszaninę 2,0 moli wody z dwukrotnym nadmiarem tlenku
węgla(II) oraz 1,0 mol wodoru i pozostawiono w temperaturze 600˚C do
osiągnięcia stanu równowagi reakcji:
CO(g) + H2O(g) CO2(g + H2(g)
Stała równowagi tej reakcji Kc = 4,76·10-2. Oblicz skład mieszaniny
równowagowej wyrażony liczbą moli jej składników.
(Odp. CO = 3,750 mol; H2O = 1,750 mol; CO2 = 0,250 mol; H2 = 1,250 mol)
4. W reakcji dwóch substratów A i B tworzą się produkty C i D. W reaktorze
znajdującym się w temperaturze T stężenie początkowe substratu A było
dwukrotnie większe od początkowego stężenia substratu B. Po ustaleniu
stanu równowagi reakcji
A + B C + D
Stężenie produktu C było trzykrotnie większe od stężenie równowagowego
substratu B. Oblicz stałą równowagi Kc tej reakcji. (Odp. Kc = 1,8)
5. Monochlorek jodu powstaje w reakcji:
I2(g) + Cl2(g) 2ICl(g)
dla której stała równowagi w temperaturze 464oC wynosi 640. Oblicz
stopień przereagowania jodu do ICl , jeżeli na początku reakcji w reaktorze
o pojemności 1 dm3 znajdowało się 0,1 mola J2 i 0,3 mola Cl2?
(Odp. α = 0,997)
6. W temperaturze 700K wodór reaguje z bromem tworząc bromowodór. Stała
równowagi Kc tej reakcji jest równa 5∙108. Do reaktora wprowadzono
0,6 mola H2 i 0,2 mola Br2 i ogrzano do 700K. Oblicz skład mieszaniny
reakcyjnej w stanie równowagi. (Odp. 0,4 mol H2; 0,4 mol HBr)
7. Sporządzono mieszaninę azotu i wodoru w stosunku molowym 1 : 3. Po
osiągnięciu stanu równowagi reakcji
N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)
W temperaturze 300◦C i pod ciśnieniem całkowitym 30 atm procent
objętościowy amoniaku w mieszaninie równowagowej wynosił 17,8%.
Oblicz wartość stałej równowagi Kp tej reakcji. (Odp. Kp = 7,31∙10-4 )
8. Oblicz skład mieszaniny gazów w stanie równowagi w reakcji
H2(g) + I2(g) 2HI(g)
jeżeli do reakcji użyto 4,00 mol wodoru, 3,00 mol jodu i 2,00 mol
jodowodoru. Stała równowagi Kc tej reakcji wynosi 50.
(Odp. H2 - 1,587 mol; I2 - 0,587 mol; HI - 6,826 mol)
9. W kolbie o pojemności 8,0 dm3 umieszczono 0,1 mola PCl5 i ogrzano do
temperatury 540 K. Ciśnienie całkowite panujące w kolbie ustaliło się na
wartości 1013 hPa. Oblicz wartość stałej równowagi reakcji
PCl5(g) PCl3(g) + Cl2(g)
w tej temperaturze. (Odp. Kc = 0,0419 )
10. Gęstość mieszaniny równowagowej zawierającej N2O4(g) i NO2(g) pod
ciśnieniem 1,0 atm i w temperaturze 348K wynosi 1,84 g/dm3.
Oblicz stałą równowagi Kp reakcji
N2O4(g) 2 NO2(g)
(Odp. Kp = 5,18)
11. W temperaturze 1120K stężeniowa stała równowagi reakcji
2NO2(g) 2NO(g) + O2(g)
wynosi Kc = 3,16. W reaktorze o stałej objętości ogrzewano w 1120K
czysty dwutlenek azotu. Po osiągnięciu równowagi stężenie równowagowe
NO2 było równe 1,00 mol/dm3. Oblicz stężenie początkowe NO2 oraz
stężenia równowagowe NO i O2.
(Odp. [NO2]pocz. = 2,848 mol/dm3; [NO]równ. = 1,848 mol/dm3;
[O2]równ. = 0,924 mol/dm3)
1