RÓWNOWAGA CHEMICZNA

1. Obliczyć, ile razy zmieni się szybkość reakcji prostej i odwrotnej, jeżeli zwiększy się pięciokrotnie ciśnienie w układzie, w którym przebiega reakcja N₂ + 3 H₂ = 2 NH₃ (rysunek ze zmianą objętości pod wpływem zwiększenia ciśnienia !)

I. v₁ = k₁ [ N₂ ] [ H₂ ]³, v₂ = k₂ 5 [ N₂ ] 5³ [ H₂ ]³

II. v₁ = k₁ [ NH₃ ]², v₂ = k₂ = 5² [ NH₃ ]²

czyli szybkość reakcji zwiększy się 525 : 25 = 25 razy, w kierunku tworzenia amoniaku.

2. Ogrzano 0.5 mola azotu i 1.5 mola wodoru, w naczyniu o objętości 1 dm³. W stanie
   równowagi otrzymano 0.4 mola amoniaku. Obliczyć wartość stałej równowagi
   reakcji:

N₂ + 3 H₂ = 2 NH₃

Obliczamy stężenia reagentów w stanie równowagi:

z 1 mola N₂ powstają 2 mole NH₃

to z x ” —— 0.4 ” stąd x = 0.2 mola a zatem

w stanie równowagi znajduje się wolny azot w ilości 0.5 - 0.2 = 0.3 mola,

zaś wodór: z 3 moli H₂ powstają 2 mole NH₃

to z x ” —— 0.4 ” stąd x = 0.6 mola wodoru

i w stanie równowagi znajduje się wolny wodór w ilości 1.5 - 0.6 = 0.9 mola

a po podstawieniu do równania na stałą równowagi, otrzymujemy:

3. W naczyniu o objętości 1 dm³ ogrzano w temp. 800 K , 854 g I₂ i 20 g H₂. W stanie równowagi otrzymano 800 g jodowodoru. Obliczyć stałą równowagi reakcji H₂ + I₂ = 2 HI

W stanie równowagi mamy 800 g HJ / 128 g·mol^-1 = 6.25 mola jodowodoru,

Stężenia wyjściowe substratów: I₂: 854 g / 254 g·mol^-1 = 3.36 mola J₂

H₂: 20 g / 2 g·mol^-1 = 10 moli H₂

W stanie równowagi:

H₂: z 1 mola wodoru otrz. 2 mole HJ

z x ” —— 6.25 mola HJ ; x = 3.125 m

tj. nie przereagowało wodoru 10 - 3.125 = 6.875 mola

J₂: z 1 mola jodu otrz. 2 mole HJ

z x ” —— 6.25 mola HJ ; x = 3.125 m

tj. nie przereagowało jodu 3.36 - 3.125 = 0.235 mola

po podstawieniu do wzoru K = 24.18

4. Obliczyć stałą równowagi reakcji C + O₂ = CO₂, jeżeli z 1 mola C i 1.5 mola O₂
   powstanie 0.25 mola CO₂.

5. Stała równowagi reakcji:

CH₃COOH + C₂H₅OH = CH₃COOC₂H₅ + H₂O

wynosi 4. Podać stężenia substratów i produktów w stanie równowagi, jeżeli do
reakcji wzięto 1 mol kwasu i 2 mole alkoholu.

Tablica:

	CH3COOH	C2H5OH	Ester	H2O
Przed reakcją	1	2	0	0
W stanie równowagi	1 - x	2 - x	x	x
Odpowiedź	1 - 0.85 = 0.15	2 - 0.85 = 1.15	0.85	0.85

Rozwiązanie:

tj. po podstawieniu z tabeli

a stąd:

3 x² - 12 x + 8 = 0

ponieważ dla równania kwadratowego:

to wiedząc, że

otrzymujemy dwa wyniki: x₁ = 3.16 (nie ma sensu fizycznego)

i x₂ = 0.85, co daje wyniki dla ostatniej rubryki w tabeli.

6. W naczyniu o pojemności 1 dm³ ogrzano do temp. 721⁰K 73,66g I₂ i 1,62g H₂. W stanie

równowagi otrzymano 71,68g HI. Proszę wyliczyć stała równowagi K_C.

Odp. K_c = 59.17

7. 4 mole PCl₅ umieszczono w naczyniu o pojemności 2 litry. Kiedy ustalił się stan

równowagi PCl₅ ↔ PCl₃ + Cl₂ w naczyniu stwierdzono obecność 0,8 mola Cl₂. Proszę

wyliczyć stałą K_C.

Odp. K_c = 0.1

8. W naczyniu o pojemności 1 dm³ znajdowało się 0,2 mola N₂ i 0,8 mola H₂. Stwierdzono,

że momencie ustalenia się równowagi przereagowało 60 % azotu. Proszę obliczyć stałą

równowagi K_C.

Odp. K_c = 8.45

9. Reakcja syntezy amoniaku osiągnęła stan równowagi, w którym stężenie poszczególnych reagentów wyniosło:

C [N₂] = 0,60 mola/dm³

C [H₂] = 1,80 mola/dm³

C [NH₃] = 0,80 mola/dm³

Proszę obliczyć stężenie początkowe.

Odp. C [N₂] = 1.0 mol/dm³

C [H₂] = 3.0 mole/dm³

10. W pewnej temperaturze dla reakcji 3CH≡CH ↔ C₆H₆ stała równowagi K_C = 4. Jakie jest

stężenie BENZENU w stanie równowagi jeżeli stężenie ACETYLENU (ETINU) =

0,5 mola/dm³.

Odp. C [C₆H₆] = 0.5 mola/dm³

11. Po ustaleniu się stanu równowagi w reakcji syntezy amoniaku:

ciśnienie NH₃ = 0,39x10⁵ Pa

" N₂ = 2,43x10⁵ Pa

" H₂ = 7,3x10⁵ Pa

Proszę policzyć stałą ciśnieniową K_P.

Odp. 1.61 x 10^-14

12. CH₃COOH + C₂H₅OH ↔ CH₃COOC₂H₅ + H₂O

Stała równowagi dla tego procesu estryfikacji = 4. Ile estru będzie w mieszaninie

w momencie ustalenia się stanu równowagi jeżeli do reakcji weźmiemy:

A) 1mol kwasu + 1 mol etanolu,

1 mol kwasu + 2 mole etanolu,

1 mol kwasu + 3 mole etanolu.

Odp. A) 0.67 mola/dm³; B) 0.84 mola/dm³ ; C) 0.90 mola/dm³

13. Reakcja przebiega wg równania: A + B ↔ C + D i stała równowagi w pewnej temperaturze wynosi 3x10^-2.

Obliczyć stężenie B w stanie równowagi jeżeli pozostałe równowagowe stężenia mają wartość [A] = 0,5 mol/dm³.

Ile wynosiłoby stężenie B w podanych warunkach gdyby reakcja przebiegała wg równania A + 2B ↔ C + D oraz

2A + B ↔ C + D

Odp. A) 16.67 mola/dm³; b) 4.07 moladm³; 33.2 mola/dm³

14. Badano reakcję H₂ + I₂ wychodząc z mieszaniny H₂ i I₂. Po osiągnięciu stanu równowagi

stwierdzono, że stężenia poszczególnych reagentów wynoszą [H₂] = 3,841 mmol/dm³,

[I₂] = 1,524 mmol/dm³ i [HI] = 16,870 mmol/dm³. Obliczyć stałą równowagi tej reakcji.

Odp. K_c = 48.62

15. Po ustaleniu się równowagi w układzie, w którym przebiega reakcja syntezy NH₃

(N₂ + 3H₂ ↔ 2NH₃) w temp. 400⁰C pod ciśnieniem 10,13x10⁵ Pa cząstkowe ciśnienia

poszczególnych reagentów w stanie równowagi wynoszą:

ciśnienie NH₃ = 0.385 atm.

" N₂ = 2.404 atm.

" H₂ = 7.211 atm.

Obliczyć:

stałe równowagi K_P, K_C, K_X,,

stałą równowagi K_P gdy równanie tej reakcji podane jest w postaci 1/2 N₂ + 3/2 H₂ ↔ NH₃.

Odp. K_p = 1.64 x 10^-4; K_c = 0.5; K_X = 1.64 x 10^-2

16. Stała równowagi reakcji 2 SO_{2 (g)} + O_{2 (g)} ↔ 2 SO_{3 (g)} wynosi K_P = 3,42x10^-5 w temp. 727⁰C. Obliczyć stałą równowagi K_C w tej temp.

Odp. K_c = 284.4

17. Reakcja otrzymywania fosgenu przebiega następująco: Cl_{2 (g)} + CO _(g) ↔ COCl_{2 (g)}. Obliczyć stałą równowagi K_P tej reakcji jeżeli w stanie równowagi w temp. 395⁰C ciśnienie całkowite wynosi 58,6 kPa, a ciśnienie cząstkowe pozostałych substratów odpowiednio:

P (Cl₂) = 13,0 kPa oraz P (CO) = 11,7 kPa

Odp. K_p = 0.22

18. Zmieszano 1 mol CH₃OH z 1 molem CH₃COOH w temp. 25⁰C. Po dojściu układu do stanu równowagi wytworzyło się 0,72 mola estru. Obliczyć stałą równowagi tej reakcji.

Odp. K_c = 6.61

19. Obliczyć stałą równowagi reakcji estryfikacji C₂H₅OH + CH₃COOH ↔ CH₃COOC₂H₅ + H₂O jeżeli po zmieszaniu:

1 mol C₂H₅OH z 1 molem CH₃COOH otrzymano 0,665 mola estru

1,5 mola C₂H₅OH z 1 molem CH₃COOH otrzymano 0,781 mola estru.

Odp. K_c = 3.94; K_c = 3.87.

20. Żelazo reaguje z para wodną wg równania: Fe _(c.st.) + H₂O_(g) ↔ FeO _(c.st.) + H_{2 (g).}

W temp. 1000⁰K i pod ciśnieniem 10,333x10⁴ N/m² (1 atmosfera) ciśnienie cząstkowe wodoru

p (H₂) = 6,526x10⁴ N/m² (0,644 atm.). Obliczyć wartość stałej równowagi K_P.

Odp. K_c = 1.81

21. W naczyniu o objętości 10 dm³ ogrzano 746,7 g jodu i 16,2 g wodoru. Po ustaleniu się stanu równowagi w temperaturze 448ºC oznaczono, że powstało 721,9 g jodowodoru. Oblicz stałą równowagi. (M_J = 127).

Odp. K_c = 59.17

22. Amylen reagując z kwasem octowym daje ester wg. równania:

C₅H₁₀ + CH₃COOH ↔ CH₃COOC₅H₁₁

Obliczyć stałą równowagi K_c tej reakcji, jeżeli zmieszano 6,450 mmola amylenu z 1,00 mmola

kwasu octowego w obojętnym rozpuszczalniku i po ustaleniu się równowagi otrzymano

0,784 mmola estru. Objętość roztworu wynosi 845 cm³.

Odp. K_c = 541

23. Po zmieszaniu 1 mola alkoholu etylowego, 2 moli kwasu octowego i 3 moli wody ustaliła się równowaga chemiczna w układzie, w którym powstało 0,6 mola estru. Obliczyć stałą równowagi przy założeniu, że objętość reagującego układu wynosi 1 dm³.

Odp. K_c = 3.86

24. Stała równowagi dla procesu estryfikacji etanolu kwasem octowym w temp. 298 K wynosi 4,00. Obliczyć skład mieszaniny w stanie równowagi, jeżeli wyjściowy roztwór zawierał

1 mol alkoholu etylowego, 2 mole kwasu octowego i 3 mole wody.

Odp. C [alkohol] = 0.4 mola/dm³; C [kwas] = 1.4 mola/dm³; C [ester] = 0.6 mola/dm³; C [woda] = 3.6 mola/dm³

25. Reakcja rozpadu wodorosiarczku amonowego na amoniak i siarkowodór przebiega według równania:

NH₄HS_(s) = NH_3(g) + H₂S_(g)

W naczyniu, z którego usunięto powietrze umieszczono pewną ilość stałego wodorsiarczku

i mierzono ciśnienie wydzielających się gazów. W temp. 20ºC ciśnienie całkowite wynosiło

47,4 kPa (0.468 atm). Obliczyć stałą równowagi K_p tej reakcji (p₀ = 1,013 10⁵ N/m²).

Odp. K_p = 561.69