7. PRAWO DZIAŁANIA MAS - RÓWNOWAGA CHEMICZNA

• Stan równowagi chemicznej. Prawo działania mas.

• Wyrażenia na stałą równowagi mas K

• stała stężeniowa K_c

• stała aktywnościowa K_a

• stała ciśnieniowa K_p

• stała wyrażona ułamkiem molowym K_x

• Aktywność jonów (a_i), współczynnik aktywności (f_i), a_i = f_i ^. c_i

• Wzory na aktywność jonów, siłę jonową roztworu i współczynnik aktywności.

a_i = c_i ^. f_i μ = 0.5Σz_i²c_i log f_i = - Az_i²μ^0.5/(1 + Bdμ^0.5)

• dla większości roztworów: log f_i = - 0.5z_i²μ^0.5/(1 + μ^0.5)

• dla roztworów bardzo rozcieńczonych (μ < 0.02): log f_i = - 0.5z_i²μ^0.5

gdzie: a_i - aktywność jonu, c_i - stężenie jonu,

f_i - współczynnik aktywności jonu, μ - siła jonowa roztworu,

z_i - ładunek elektryczny jonu, A,B - stałe, d - średnica jonu.

Zad.1.

Wyprowadzić wzór na stałą równowagi reakcji chemicznej jeśli w stanie równowagi w reaktorze znajduje się a moli substancji A, b moli substancji B i c moli substancji C, oraz d moli substancji D, e moli substancji E i f moli substancji F, przy czym substancje A,B,C to substraty, a substancje D,E i F to produkty.

V₁ = V₂

V₁ = k₁ [A]^a[B]^b[C]^c V₂ = k₂ [D]^d[E]^e[F]^f

K = k₁/k₂

K = [D]^d[E]^e[F]^f/[A]^a[B]^b[C]^c

Zad.2.

Cząsteczki A₂ dwuwartościowego pierwiastka o stężeniu c_A2 = 3 mole/dm³ reagują z cząsteczkami B₂ trójwartościowego pierwiastka dając w odwracalnej reakcji odpowiedni produkt. Oblicz stałą równowagi tej reakcji jeśli skład mieszaniny substratów był zgodny ze stechiometrią reakcji, a po ustaleniu się równowagi w mieszaninie reakcyjnej analiza wykazała stężenie produktu równe 1 mol/dm³.

3A₂ + 2B₂ ⇔ 2A₃B₂

stęż. wyjściowe: stęż. równowagowe:

c_A3B2 = 0 c_A3B2 = 1 mol/dm³

c_A2 = 3 mole/dm³ c_A2 = (3 - 1,5) mola/dm³

c_B2 = 2 mole/dm³ c_B2 = (2 - 1) mol/dm³

K = c²_A3B2/c³_A2 c²_B2 = (1 mol/dm³)²/(1.5 mol/dm³)³(1 mol/dm³)² = 8/27 (mol/dm³)^-1

Zad.3.

Napisz wyrażenie na stałą równowagi syntezy amoniaku poprzez zastosowanie stężeń reagentów, ciśnień parcjalnych reagentów, ułamków molowych reagentów i aktywności reagentów. Znajdź zależność między stałą stężeniową K_c i stałą aktywnościową K_a.

K_a = K_c^. Πf_i

Zad.4.

Oblicz aktywność jonów potasowych (a_K+) w 0.008 molowym roztworze K₂CO₃

μ = 0.5Σz_i²c_i

c_K+ = 0.016 mol/dm³ c_CO3 2- = 0.008 mol/dm³

μ = 0.5(1^{2 .} 0.016 + 2^{2 .} 0.008) = 0.024

log f_i = - 0.5z_i²μ^0.5/(1 + μ^0.5)

log f_K+ = - 0.5 ^. 1^{2 .} (0.024)^0.5 /[1 + (0.024)^0.5] stąd: f_K+ = 0.857

a_K+ = f_K+ ^. c_K+ c_K+ = 2 ^. 0.008 mol/dm³ = 0.016 mol/dm³ f_K+ = 0.857 a zatem:

a_K+ = 0.857 ^. 0.016 mol/dm³ = 0.014 mol/dm³.

Zad.5.

Oblicz stężenie jonów wodorowych c_H+ w 0.05 molowym roztworze kwasu octowego, jeśli stała dysocjacji tego kwasu wynosi: K = 1.75 ^. 10^-5

Szukane: c_H+ = ?, stężenia równowagowe: c_H+ = c_CH3COO-, c_CH3COOH = 0.05 mol/dm³ - c_H+

CH₃COOH ⇔ CH₃COO^- + H⁺

K = c_H+ ^. c_CH3COO-/ c_CH3COOH = c_H+²/(0.05 mol/dm³ - c_H+)

c_H+² + Kc_H+ - 0.05K = 0, (równanie kwadratowe), c_H+ = 9.25 ^. 10^-4 mol/dm³