Cvičení chemické rovnováhy

Chemická rovnováha je jedním z předmětů, které nejvíce spadají na Enem a přijímací zkoušky.

Aspekty reverzibilních reakcí jsou řešeny v otázkách a kandidáti jsou hodnoceni jak výpočty, tak koncepty, které zahrnují toto téma.

S ohledem na to jsme vytvořili tento seznam otázek s různými přístupy k chemické rovnováze.

Využijte výhod komentářů k přípravě na zkoušky a podívejte se na podrobné pokyny, jak otázky vyřešit.

Obecné pojmy chemické rovnováhy

1. (Uema) V rovnici , po dosažení chemické rovnováhy můžeme uzavřít rovnovážnou konstantu , o kterém je správné konstatovat, že:

a) čím vyšší je hodnota Kc, tím nižší je výtěžek přímé reakce.
b) K._C bez ohledu na teplotu.
c) pokud jsou rychlosti dopředné a inverzní reakce stejné, pak Kc = 0.
d) K._C záleží to na počáteční molaritě reaktantů.
e) čím vyšší je hodnota Kc, tím vyšší je koncentrace produktů.

Viz odpověď

Správná odpověď: e) čím vyšší je hodnota Kc, tím vyšší je koncentrace produktů.

Přímou reakci představuje číslo 1, kde:

Inverzní reakci představuje

Hodnota K._C se vypočítá jako poměr mezi koncentracemi produktů a činidel.

Čitatel (který obsahuje produkty) je přímo úměrný rovnovážné konstantě. Čím vyšší je hodnota K_C, čím větší je výtěžek přímé reakce, protože se tvoří více produktu, a tím vyšší je koncentrace produktů.

Hodnota K._C se mění s teplotou, protože když změníme její hodnotu, může být endotermická (absorpce tepla) nebo exotermická (uvolnění tepla) reakce zvýhodněné a díky tomu lze spotřebovat nebo vytvořit více činidla nebo produktu, čímž se změní rovnovážná konstanta, která závisí na koncentraci činidla.

Kc závisí na molárních množstvích složek, když je nastolena rovnováha a kdy jsou rychlosti dopředné a zpětné reakce stejné.

2. (UFRN) Chemická rovnováha se vyznačuje tím, že je dynamická na mikroskopické úrovni. K získání kvantitativních informací o rozsahu chemické rovnováhy se používá množství rovnovážné konstanty. Zvažte následující pruh:

Aplikováno na chemickou rovnováhu, myšlenka rovnováhy postavy:

a) Je to správné, protože v chemické rovnováze jsou poloviční množství vždy produkty a druhá polovina reaktanty.
b) Není to správné, protože v chemické rovnováze mohou být koncentrace produktů a reaktantů různé, ale jsou konstantní.
c) Je to správné, protože v chemické rovnováze jsou koncentrace reaktantů a produktů vždy stejné, pokud není rovnováha narušena vnějším účinkem.
d) Není správné, protože v chemické rovnováze jsou koncentrace produktů vždy vyšší než koncentrace reaktantů, pokud není rovnováha ovlivněna vnějším faktorem.
e) Je to správné, protože v chemické rovnováze nejsou koncentrace reaktantů a produktů vždy stejné.

Viz odpověď

Správná odpověď: b) Není správná, protože v chemické rovnováze mohou být koncentrace produktů a reaktantů různé, ale jsou konstantní.

V rovnováze lze množství produktů a činidel vypočítat na základě konstanty zůstatek, a nemusí to být nutně poloviční množství produktů a druhá polovina činidla.

Rovnovážné koncentrace nejsou vždy stejné, mohou se lišit, ale konstantní, pokud v rovnováze nenastanou žádné poruchy.

Rovnovážné koncentrace by měly záviset na tom, která reakce je upřednostňována, ať už přímá nebo inverzní. Můžeme to poznat podle hodnoty K._C: pokud K._C 1, Přímá reakce je upřednostňována. už když K._C 1 je upřednostňována obrácená reakce.

Grafy chemické bilance

3. (UFPE) Na počátku 20. století vyvolalo očekávání první světové války velkou potřebu sloučenin dusíku. Haber propagoval výrobu amoniaku z dusíku ve vzduchu. Pokud je amoniak umístěn do uzavřené nádoby, rozkládá se podle následující nevyvážené chemické rovnice: NH_3(G) → N_{2 (g)} + H_{2 (g)}. Změny koncentrací v průběhu času ilustruje následující obrázek:

Z analýzy výše uvedeného obrázku můžeme konstatovat, že křivky A, B a C představují časovou variaci koncentrací následujících reakčních složek:
a) H₂, Ne₂ a NH₃
b) NH₃, H₂ a žádná₂
c) NH₃, Ne₂ a H₂
d) Ne₂, H₂ a NH₃
e) H₂, NH₃ a žádná₂

Viz odpověď

Správná odpověď: d) N₂, H₂ a NH₃.

1. krok: vyvážení chemické rovnice.

2 NH_3(G) → N_{2 (g)} + 3 H_{2 (g)}

Při vyvážené reakci jsme si uvědomili, že k rozkladu na dusík a vodík je zapotřebí 2 mol amoniaku. Také množství vodíku produkovaného při reakci je třikrát větší než množství amoniaku.

2. krok: interpretace dat grafu.

Pokud se amoniak rozkládá, pak je v grafu jeho koncentrace maximální a klesá, jak je vidět na křivce C.

Produkty, které vznikají, jsou na začátku reakce nulové a zvyšují se, jakmile se z reaktantu stane produkt.

Protože množství produkovaného vodíku je třikrát větší než množství dusíku, pak je křivka pro tento plyn největší, jak je uvedeno v B.

Dalším vytvářeným produktem je dusík, jak je vidět na křivce A.

4. (Cesgranrio) Systém představovaný rovnicí byl v rovnováze. Rovnovážný stav byl náhle změněn přidáním látky G. Systém reaguje na obnovení rovnováhy. Který z následujících grafů nejlépe představuje změny, ke kterým došlo během popsaného procesu?

Viz odpověď

Správná odpověď: d).

Protože byl systém na začátku v rovnováze, množství látek G a H zůstalo konstantní.

K narušení došlo, když se zvýšila koncentrace G a systém reagoval jeho transformací reaktant ve více produktu H, posunutí rovnováhy doprava, tj. upřednostnění reakce Přímo.

Pozorujeme, že křivka reagentu G klesá, jak je spotřebována, a křivka produktu H se zvyšuje, jak se formuje.

Když nastane nová rovnováha, veličiny se opět stanou konstantní.

Rovnovážná konstanta: vztah mezi koncentrací a tlakem

5. (UFRN) S vědomím, že K._P = K._C (RT)ⁿ, můžeme říci, že K._P = K._C, pro:

ocel_2(G) + H_{2 (g)} ↔ CO_(G) + H₂Ó_(G)
b) H_{2 (g)} + ½_{2 (g)} ↔ H₂Ó₍₁₎
c) Ne_{2 (g)} + 3 H_{2 (g)} ↔ 2 NH_3(G)
d) NE_(G) + ½ O2_(G) ↔ Č_2(G)
e) 4 FeS_(s) + 7 O._{2 (g)} ↔ 2 Fe₂Ó_{3 (s)} + 4 SO_2(G)

Viz odpověď

Správná odpověď: a) CO_2(G) + H_{2 (g)} ↔ CO_(G) + H₂Ó_(G)

K._P být roven K._C odchylka v počtu krtků se musí rovnat nule, protože jakékoli číslo vynulované na nulu má za následek 1:

K._P = K._C (RT)⁰
K._P = K._C x 1
K._P = K._C

Změna počtu krtků se vypočítá podle:

∆n = počet molů produktů - počet molů činidel

Na tomto výpočtu se podílejí pouze koeficienty látek v plynném stavu.

Při použití každé alternativní rovnice máme:

ocel2(G) + H2 (g) ↔ CO(G) + H2Ó(G)	∆n = [(1 + 1) - (1 + 1)] = 2 - 2 = 0
b) H2 (g) + ½2 (g) ↔ H2Ó(1)	∆n = [0 - (1 + 1/2)] = 0 - 3/2 = - 3/2
c) Ne2 (g) + 3 H2 (g) ↔ 2 NH3 (g)	∆n = [2 - (1 + 3)] = 2 - 4 = - 2
d) NE(G) + ½2 (g) ↔ Č2 (g)	∆n = [1 - (1 + 1/2)] = 1 - 3/2 = - 1/2
e) 4 FeS(s) + 7 O.2 (g) ↔ 2 Fe2Ó3 (s) + 4 SO2 (g)	∆n = [(0 + 4) - (0 + 7)] = 4 - 7 = - 3

S těmito výsledky můžeme pozorovat, že alternativou, jejíž hodnota odpovídá požadovanému výsledku, je ta v první rovnici.

6. (Přizpůsobeno UEL) Pro reakci představovanou rovnovážné konstanty K_C a K._P jsou vyjádřeny rovnicemi: (Dáno: p = parciální tlak)

Viz odpověď

Správná alternativa:

Rovnovážná konstanta se vypočítá z:

Pevné sloučeniny se vzhledem ke svým stálým koncentracím nepodílejí na výpočtu K_C, proto je rovnovážná konstanta pro danou rovnici:

U rovnovážné konstanty, pokud jde o tlak, se na výpočtu podílejí pouze plyny, takže:

Výpočet rovnovážné konstanty

7. (Enem / 2015) Několik kyselin se používá v průmyslových odvětvích, která likvidují své odpadní vody ve vodních útvarech, jako jsou řeky a jezera, což může ovlivnit environmentální rovnováhu. Aby se neutralizovala kyselost, lze do odpadních vod přidávat ve vhodných množstvích uhličitan vápenatý, protože vytváří hydrogenuhličitan, který neutralizuje vodu. Rovnice zahrnuté v procesu jsou prezentovány:

Jaká je číselná hodnota rovnovážné konstanty reakce I na základě hodnot rovnovážných konstant reakcí II, III a IV při 25 ° C?

a) 4,5 x 10^-26
b) 5,0 x 10^-5
c) 0,8 x 10^-9
d) 0,2 x 10⁵
e) 2,2 x 10²⁶

Viz odpověď

Správná odpověď: b) 5,0 x 10^-5

1. krok: pomocí Hessova zákona proveďte potřebné úpravy.

Vzhledem k chemické rovnici:

Konstanta se vypočítá podle:

Pokud ale obrátíme rovnici, dostaneme jako výsledek:

A konstanta se stává inverzní:

Abychom dospěli k rovnici 1 uvedené v otázce, musíme invertovat rovnici II, jako v předchozím příkladu.

2. krok: Manipulujte s rovnicemi II, III a IV, abyste dospěli k výsledku rovnice I.

3. krok: výpočet rovnovážné konstanty rovnice I.

Výpočet K._Já se provádí vynásobením konstantních hodnot.

Protože ve výpočtu máme stejné síly základen, opakujeme základnu a přidáme exponenty.

Protože nyní máme dělení se stejnými mocnostmi bází, opakujeme základnu a odečteme exponenty.

8. (UnB) Chlorid fosforečný je v organické chemii velmi důležitým činidlem. Připravuje se v plynné fázi reakcí:
Baňka o objemu 3,00 l obsahuje v rovnováze při 200 ° C: 0,120 mol PCl_5(G), 0,600 mol PCl_3(G) a 0,0120 mol CL_2(G). Jaká je hodnota rovnovážné konstanty při této teplotě?

Viz odpověď

Správná odpověď: 50 (mol / L)^-1

1. krok: Sestavte vyjádření rovnovážné konstanty pro reakci.

2. krok: Vypočítejte koncentrace v mol / L každé složky v rovnováze.

Molární koncentrační vzorec:

PCl3	Cl2	PCl5

3. krok: nahraďte koncentrace v konstantním výrazu a vypočítejte hodnotu K_C.

Aplikace pro rovnovážnou rovnováhu

9. (Enem / 2016) Po úplném opotřebení mohou být pneumatiky spáleny za účelem výroby energie. Mezi plyny generovanými při úplném spalování vulkanizovaného kaučuku jsou některé znečišťující látky, které způsobují kyselé deště. Aby se zabránilo jejich úniku do atmosféry, mohou být tyto plyny probublávány do vodného roztoku obsahujícího vhodnou látku. Zvažte informace o látce uvedené v tabulce.

Mezi látkami uvedenými v tabulce je látka schopná nejúčinněji odstranit znečišťující plyny (a)

a) Fenol.
b) Pyridin.
c) methylamin.
d) Hydrogenfosforečnan draselný.
e) Hydrogensíran draselný.

Viz odpověď

Správná odpověď: d) Hydrogenfosforečnan draselný.

CO₂, oxidy síry (SO₂ a SO₃) a oxidy dusíku (NO a NO₂) jsou hlavními znečišťujícími plyny.

Když reagují s vodou přítomnou v atmosféře, existuje a tvorba kyseliny které způsobují zvýšení kyselosti deště, proto se mu říká kyselý déšť.

Rovnovážné konstanty uvedené v tabulce se vypočítají z poměru mezi koncentracemi produktů a činidel následujícím způsobem:

Všimněte si, že rovnovážná konstanta je úměrná koncentraci produktů: čím větší je množství produktů, tím větší je hodnota K_C.

Poznamenejte si hodnoty prvního a posledního složeného v tabulce pro K._C:

pyridin
Hydrogensíran draselný

Při srovnání dvou čísel vidíme, že čím menší záporná síla, tím větší hodnota konstanty.

Chcete-li účinněji odstraňovat znečišťující látky, OH^- reagovat s H ionty⁺ přítomný v kyselinách prostřednictvím a neutralizační reakce.

Mezi prezentovanými látkami jsou ty, které produkují hydroxyly potřebné k neutralizaci kyselých sloučenin: pyridin, methylamin a hydrogenfosforečnan draselný.

Abychom zjistili, která sloučenina je nejúčinnější, sledujeme rovnovážné konstanty: čím vyšší je konstantní hodnota, tím vyšší je koncentrace OH^-.

Vodným roztokem obsahujícím látku vhodnou pro tento účel je tedy hydrogenfosforečnan draselný, protože je zásaditější a účinněji neutralizuje kyseliny.

Chcete-li se dozvědět více, přečtěte si tyto texty.:

• iontová rovnováha
• Neutralizační reakce

10. (Enem / 2009) Mýdla jsou soli karboxylových kyselin s dlouhým řetězcem používané k usnadnění, během pracího procesu odstraňování látek s nízkou rozpustností ve vodě, např. olejů a tuky. Následující obrázek představuje strukturu molekuly mýdla.

V roztoku mohou mýdlové anionty hydrolyzovat vodu a tím vytvářet odpovídající karboxylovou kyselinu. Například pro stearát sodný je stanovena následující rovnováha:

Protože vytvořená karboxylová kyselina je špatně rozpustná ve vodě a méně účinná při odstraňování tuků, pH média musí být regulováno takovým způsobem, aby se zabránilo posunutí rovnováhy nad vpravo.

Na základě informací v textu je správné dojít k závěru, že mýdla fungují způsobem:

a) Účinnější při základním pH.
b) Účinnější při kyselém pH.
c) Účinnější při neutrálním pH.
d) Účinné v jakémkoli rozmezí pH.
e) Účinnější při kyselém nebo neutrálním pH.

Viz odpověď

Odpověď: a) Účinnější při základním pH.

Na zobrazené bilanci vidíme, že stearát sodný při reakci s vodou tvoří karboxylovou kyselinu a hydroxylovou skupinu.

Účelem kontroly pH není umožnit tvorbu karboxylové kyseliny, a to se provádí posunutím rovnováhy změnou koncentrace OH^-.

čím více OH^- v roztoku dochází k narušení na straně produktů a chemický systém reaguje konzumací látky, u které byla zvýšena jeho koncentrace, v tomto případě hydroxylu.

V důsledku toho dojde k transformaci produktů na činidla.

Mýdla proto fungují nejúčinněji při zásaditém pH, protože přebytek hydroxylu posouvá rovnováhu doleva.

Pokud by pH bylo kyselé, byla by vyšší koncentrace H⁺ to by ovlivnilo rovnováhu konzumací OH^- a rovnováha by působila produkcí více hydroxylu, posunutím rovnováhy doleva a produkcí více karboxylové kyseliny, což v předkládaném procesu není zajímavé.

Posun chemické rovnováhy

11. (Enem / 2011) Nealkoholické nápoje se stále více stávají terčem politik v oblasti veřejného zdraví. Lepicí produkty obsahují kyselinu fosforečnou, látku škodlivou pro fixaci vápníku, minerál, který je hlavní složkou zubní matrice. Kaz je dynamický proces nerovnováhy v procesu zubní demineralizace, ztráty minerálů v důsledku kyselosti. Je známo, že hlavní složkou zubní skloviny je sůl zvaná hydroxyapatit. Soda v důsledku přítomnosti sacharózy snižuje pH biofilmu (bakteriální plak) a způsobuje demineralizaci zubní skloviny. Slinným obranným mechanismům trvá 20 až 30 minut, než se normalizuje úroveň pH a zub se remineralizuje. Následující chemická rovnice představuje tento proces:

_{GROISMAN, S. Dopad sody na zuby je hodnocen, aniž by byla odebrána ze stravy. K dispozici v: http://www.isaude.net. Datum přístupu: 1. května 2010 (přizpůsobený).}

Vzhledem k tomu, že osoba konzumuje nealkoholické nápoje denně, může dojít ke zubní demineralizaci v důsledku zvýšené koncentrace

a) OH^–, který reaguje s ionty Ca²⁺, posun rovnováhy doprava.
b) H⁺, který reaguje s hydroxylovými skupinami OH^–, posun rovnováhy doprava.
c) OH^–, který reaguje s ionty Ca²⁺, posunutí rovnováhy doleva.
d) H⁺, který reaguje s hydroxylovými skupinami OH^–, posunutí rovnováhy doleva.
e) Ca²⁺, který reaguje s hydroxylovými skupinami OH^–, posunutí rovnováhy doleva.

Viz odpověď

Správná odpověď: b) H⁺, který reaguje s hydroxylovými skupinami OH^–, posun rovnováhy doprava.

Když pH klesá, je to proto, že se zvýšila kyselost, tj. Koncentrace iontů H⁺, jak uvádí prohlášení, existuje přítomnost kyseliny fosforečné.

Tyto ionty reagují s OH^- což způsobí, že je tato látka spotřebována, a v důsledku toho posune rovnováhu doprava, protože systém jedná tak, že produkuje více těchto odstraněných iontů.

K rovnovážnému posunu mezi reaktanty a produkty došlo v důsledku poklesu koncentrace OH^-.

Pokud ionty Ca²⁺ a oh^- pokud by se koncentrace zvýšila, posune to rovnováhu doleva, protože systém bude reagovat jejich spotřebováním a tvorbou více hydroxyapatitu.

12. (Enem / 2010) Někdy si při otevírání sody všimnete, že část produktu rychle uniká z konce nádoby. Vysvětlení této skutečnosti souvisí s narušením chemické rovnováhy mezi některými složkami produktu podle rovnice:

Změna předchozí váhy související s únikem chladiva za popsaných podmínek má za následek:

a) Uvolňování CO₂ pro životní prostředí.
b) Zvýšení teploty nádoby.
c) Zvýšení vnitřního tlaku nádoby.
d) Zvýšení koncentrace CO₂ v kapalině.
e) Tvorba významného množství H₂Ó.

Viz odpověď

Správná odpověď: a) Uvolnění CO₂ pro životní prostředí.

Uvnitř láhve byl oxid uhličitý rozpuštěn v kapalině v důsledku vysokého tlaku.

Když je láhev otevřena, tlak uvnitř nádoby (který byl větší) se rovná tlaku v prostředí, a tím dochází k úniku oxidu uhličitého.

K rovnovážnému posunu mezi reaktanty a produkty došlo v důsledku poklesu tlaku: při poklesu tlaku se rovnováha posune na největší objem (počet molů).

Reakce se posunula doleva a CO₂ který byl rozpuštěn v kapalině, byl uvolněn a při otevření lahve vytekl.