Vježbe kemijske ravnoteže

Kemijska ravnoteža jedan je od predmeta koji najviše padaju na Enem i prijemnim ispitima.

U pitanjima se obrađuju aspekti reverzibilnih reakcija, a kandidati se ocjenjuju proračunima i konceptima koji uključuju ovu temu.

Imajući to na umu, napravili smo ovaj popis pitanja s različitim pristupima kemijskoj ravnoteži.

Iskoristite komentare na rezoluciji da biste se pripremili za ispite i pogledajte detaljne upute za rješavanje pitanja.

Opći pojmovi kemijske ravnoteže

1. (Uema) U jednadžbi , nakon postizanja kemijske ravnoteže, možemo zaključiti konstantu ravnoteže , o čemu je ispravno tvrditi da:

a) što je veća vrijednost Kc, to je niži prinos izravne reakcije.
b) K_ç bez obzira na temperaturu.
c) ako su brzine naprijed i natrag reakcije jednake, tada je Kc = 0.
d) K_ç to ovisi o početnim molarnostima reaktanata.
e) što je veća vrijednost Kc, veća je koncentracija proizvoda.

Pogledajte Odgovor

Točan odgovor: e) što je veća vrijednost Kc, veća je koncentracija proizvoda.

Izravna reakcija predstavljena je brojem 1, gdje:

Obrnutu reakciju predstavlja

Vrijednost K_ç izračunava se omjerom između koncentracija proizvoda i reagensa.

Brojilac (koji sadrži proizvode) izravno je proporcionalan konstanti ravnoteže. Stoga je veća vrijednost K_ç, veći je prinos izravne reakcije, jer se stvara više proizvoda i, posljedično, veća koncentracija proizvoda.

Vrijednost K_ç varira s temperaturom, jer kada promijenimo njezinu vrijednost, endotermna (apsorpcija topline) ili egzotermna (oslobađanje topline) reakcija može biti i time se može potrošiti ili stvoriti više reagensa ili proizvoda, mijenjajući tako konstantu ravnoteže koja ovisi o koncentraciji reagensi.

Kc ovisi o molarnim količinama komponenata kada se uspostavi ravnoteža i kada su brzine naprijed i natrag reakcije jednake.

2. (UFRN) Kemijsku ravnotežu karakterizira dinamičnost na mikroskopskoj razini. Za dobivanje kvantitativnih informacija o opsegu kemijske ravnoteže koristi se konstanta ravnotežne veličine. Razmotrite sljedeću traku:

Primijenjena na kemijsku ravnotežu, ideja lika o ravnoteži:

a) Točno je jer su u kemijskoj ravnoteži polovica količina uvijek proizvodi, a druga polovina reaktanti.
b) Nije točno, jer u kemijskoj ravnoteži koncentracije proizvoda i koncentracije reaktanata mogu biti različite, ali su stalne.
c) Točno je, jer su u kemijskoj ravnoteži koncentracije reaktanata i proizvoda uvijek iste, sve dok ravnotežu ne narušava vanjski učinak.
d) Nije točno, jer su u kemijskoj ravnoteži koncentracije proizvoda uvijek veće od koncentracija reaktanata, sve dok vanjski čimbenik ne utječe na ravnotežu.
e) Točno je, jer u kemijskoj ravnoteži koncentracije reaktanata i proizvoda nisu uvijek iste.

Pogledajte Odgovor

Točan odgovor: b) Nije točan, jer u kemijskoj ravnoteži koncentracije proizvoda i koncentracije reaktanata mogu biti različite, ali su stalne.

U ravnoteži se količine proizvoda i reagensa mogu izračunati na temelju konstante od ravnoteža, i ne mora nužno biti polovica količine proizvoda, a druga polovica reagensi.

Ravnotežne koncentracije nisu uvijek iste, mogu biti različite, ali stalne ako se u ravnoteži ne pojave poremećaji.

Ravnotežne koncentracije trebaju ovisiti o tome kojoj reakciji se daje prednost, bilo izravnoj ili obrnutoj. To možemo znati po vrijednosti K_ç: ako je K_ç 1, Favorizira se izravna reakcija. već ako je K_ç 1 preferira se obrnuta reakcija.

Grafikoni kemijske bilance

3. (UFPE) Početkom 20. stoljeća očekivanja Prvog svjetskog rata stvorila su veliku potrebu za dušikovim spojevima. Haber je pionir u proizvodnji amonijaka iz dušika u zraku. Ako se amonijak stavi u zatvorenu posudu, on se razlaže prema sljedećoj neuravnoteženoj kemijskoj jednadžbi: NH_3(g) → N_{2 (g)} + H_{2 (g)}. Varijacije koncentracija tijekom vremena prikazane su na sljedećoj slici:

Iz analize gornje slike možemo konstatirati da krivulje A, B i C predstavljaju vremensku varijaciju koncentracija sljedećih reakcijskih komponenata:
a) H₂, ne₂ i NH₃
b) NH₃, H₂ i ne₂
c) NH₃, ne₂ i H₂
d) Ne₂, H₂ i NH₃
Eh₂, NH₃ i ne₂

Pogledajte Odgovor

Točan odgovor: d) N₂, H₂ i NH₃.

1. korak: uravnotežite kemijsku jednadžbu.

2 NH_3(g) → N_{2 (g)} + 3 H_{2 (g)}

Uravnoteženom reakcijom shvatili smo da su potrebna dva mola amonijaka da se razgrade u dušik i vodik. Također, količina vodika proizvedena u reakciji tri je puta veća od količine amonijaka.

2. korak: protumačite podatke grafikona.

Ako se amonijak razgrađuje, tada je na grafikonu njegova koncentracija maksimalna i opada, kao što se vidi na krivulji C.

Produkti, kako nastaju, na početku reakcije koncentracije su nula i rastu kako reaktant postaje proizvod.

Budući da je količina proizvedenog vodika tri puta veća od količine dušika, tada je krivulja za taj plin najveća, kao što je navedeno u B.

Drugi produkt koji nastaje je dušik, kao što se vidi na krivulji A.

4. (Cesgranrio) Sustav predstavljen jednadžbom bio u ravnoteži. Stanje ravnoteže naglo je izmijenjeno dodatkom supstance G. Sustav reagira kako bi uspostavio ravnotežu. Koja od sljedećih tablica najbolje predstavlja promjene koje su se dogodile tijekom opisanog postupka?

Pogledajte Odgovor

Točan odgovor: d).

Kako je sustav na početku bio u ravnoteži, količine tvari G i H ostale su konstantne.

Poremećaj se dogodio kako se koncentracija G povećavala i sustav je reagirao pretvarajući to reaktant u više proizvoda H, pomičući ravnotežu udesno, to jest pogodujući reakciji direktno.

Primjećujemo da se krivulja reagensa G smanjuje kako se troši, a krivulja proizvoda H povećava kako se formira.

Kad se uspostavi nova ravnoteža, količine ponovno postaju konstantne.

Konstanta ravnoteže: odnos između koncentracije i tlaka

5. (UFRN) Znajući da je K_Str = K_ç (RT)ⁿ, možemo reći da je K_Str = K_ç, za:

željezo_2(g) + H_{2 (g)} ↔ CO_(g) + H₂O_(g)
b) H_{2 (g)} + ½_{2 (g)} ↔ H₂O₍₁₎
c) Ne_{2 (g)} + 3 H_{2 (g)} ↔ 2 NH_3(g)
d) NE_(g) + ½ O2_(g) ↔ NE_2(g)
e) 4 FeS_(s) + 7 O._{2 (g)} ↔ 2 Fe₂O₃ + 4 PA_2(g)

Pogledajte Odgovor

Točan odgovor: a) CO_2(g) + H_{2 (g)} ↔ CO_(g) + H₂O_(g)

K_Str biti jednak K_ç varijacija broja madeža mora biti jednaka nuli, jer svaki broj podignut na nulu rezultira 1:

K_Str = K_ç (RT)⁰
K_Str = K_ç x 1
K_Str = K_ç

Promjena broja madeža izračunava se prema:

=n = Broj molova proizvoda - Broj molova reagensa

U ovom izračunu sudjeluju samo koeficijenti tvari u plinovitom stanju.

Primjenjujući svaku alternativnu jednadžbu, imamo:

željezo2(g) + H2 (g) ↔ CO(g) + H2O(g)	∆n = [(1 + 1) - (1 + 1)] = 2 - 2 = 0
b) H2 (g) + ½2 (g) ↔ H2O(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) ↔ NE2 (g)	∆n = [1 - (1 + 1/2)] = 1 - 3/2 = - 1/2
e) 4 FeS(s) + 7 O.2 (g) ↔ 2 Fe2O3 + 4 PA2 (g)	∆n = [(0 + 4) - (0 + 7)] = 4 - 7 = - 3

Ovim rezultatima možemo primijetiti da je alternativa čija vrijednost odgovara traženom rezultatu ona u prvoj jednadžbi.

6. (UEL-prilagođeno) Za reakciju koju predstavljaju konstante ravnoteže K_ç i K_Str izraženi su jednadžbama: (dato: p = parcijalni tlak)

Pogledajte Odgovor

Ispravna alternativa:

Konstanta ravnoteže izračunava se prema:

Čvrsti spojevi zbog svojih stalnih koncentracija ne sudjeluju u izračunu K_ç, dakle, konstanta ravnoteže za danu jednadžbu je:

Za konstantu ravnoteže, u smislu tlaka, u izračunavanju sudjeluju samo plinovi, pa:

Proračun konstante ravnoteže

7. (Enem / 2015) Nekoliko kiselina koristi se u industrijama koje otpadne vode odlažu u vodena tijela, poput rijeka i jezera, što može utjecati na ravnotežu okoliša. Da bi se neutralizirala kiselost, u otpadne vode može se dodati sol kalcijeva karbonata, u odgovarajućim količinama, jer stvara bikarbonat, koji neutralizira vodu. Iznesene su jednadžbe uključene u postupak:

Na temelju vrijednosti konstanti ravnoteže reakcija II, III i IV na 25 ° C, kolika je numerička vrijednost konstante ravnoteže reakcije I?

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

Pogledajte Odgovor

Točan odgovor: b) 5,0 x 10^-5

1. korak: upotrijebite Hessov zakon da napravite potrebne prilagodbe.

S obzirom na kemijsku jednadžbu:

Konstanta se izračunava prema:

Ali ako obrnemo jednadžbu, dobit ćemo kao rezultat:

A konstanta postaje obrnuto:

Da bismo došli do jednadžbe 1, dane u pitanju, moramo invertirati jednadžbu II, kao u prethodnom primjeru.

2. korak: Manipulirati jednadžbama II, III i IV kako bi se došlo do rezultata jednadžbe I.

3. korak: izračunajte konstantu ravnoteže jednadžbe I.

Izračunavanje K_Ja vrši se množenjem konstantnih vrijednosti.

Kako u izračunu imamo jednake moći baza, ponavljamo bazu i zbrajamo eksponente.

Budući da sada imamo dijeljenje s jednakim moćima baza, ponavljamo bazu i oduzimamo eksponente.

8. (UnB) Fosfor pentaklorid vrlo je važan reagens u organskoj kemiji. Priprema se u plinskoj fazi reakcijom:
Boca kapaciteta 3,00 L sadrži u ravnoteži, na 200 ° C, 0,120 mol PCl_5(g)0,600 mol PCI_3(g) i 0,0120 mol CL_2(g). Kolika je vrijednost konstante ravnoteže pri ovoj temperaturi?

Pogledajte Odgovor

Točan odgovor: 50 (mol / L)^-1

1. korak: Sastavite izraz konstante ravnoteže za reakciju.

2. korak: izračunati koncentracije u molima / L svake komponente u ravnoteži.

Formula molarne koncentracije:

PCl3	Kl2	PCl5

3. korak: zamijenite koncentracije u konstantnom izrazu i izračunajte vrijednost K_ç.

Primjene za ravnotežnu ravnotežu

9. (Enem / 2016) Nakon potpunog trošenja gume se mogu izgorjeti kako bi se stvorila energija. Među plinovima koji nastaju u potpunom izgaranju vulkanizirane gume, neki su zagađivači i uzrokuju kisele kiše. Kako bi se spriječilo njihovo izlazak u atmosferu, ti se plinovi mogu mjehurirati u vodenu otopinu koja sadrži prikladnu tvar. Razmotrite podatke o tvari navedene u tablici.

Među tvarima navedenima u tablici, ona koja može najučinkovitije ukloniti zagađujuće plinove je (a)

a) Fenol.
b) piridin.
c) Metilamin.
d) kalij hidrogenfosfat.
e) kalij hidrogen sulfat.

Pogledajte Odgovor

Točan odgovor: d) Kalij hidrogenfosfat.

CO₂, sumporni oksidi (SO₂ i tako₃) i dušikovi oksidi (NO i NO₂) su glavni zagađujući plinovi.

Kada reagiraju s vodom prisutnom u atmosferi, postoji stvaranje kiseline koji uzrokuju porast kiselosti kiše, zbog čega se naziva kiselom kišom.

Konstante ravnoteže dane u tablici izračunavaju se omjerom između koncentracija proizvoda i reagensa kako slijedi:

Imajte na umu da je konstanta ravnoteže proporcionalna koncentraciji proizvoda: što je veća količina proizvoda, to je veća vrijednost K_ç.

Zabilježite vrijednosti prvog i zadnjeg složenog u tablici za K_ç:

piridin
Kalij hidrogen sulfat

Uspoređujući dva broja, vidimo da je manja negativna snaga veća vrijednost konstante.

Za učinkovitije uklanjanje zagađivača, OH^- reagirati s H ionima⁺ prisutan u kiselinama kroz a reakcija neutralizacije.

Među predstavljenim tvarima one koje proizvode hidroksile potrebne za neutralizaciju kiselih spojeva su: piridin, metilamin i kalij hidrogen fosfat.

Da bismo saznali koji je spoj najučinkovitiji, promatramo konstante ravnoteže: što je veća konstantna vrijednost, to je veća koncentracija OH^-.

Dakle, vodena otopina koja sadrži tvar prikladnu za tu svrhu je kalijev hidrogen fosfat, jer je bazičnija i učinkovitije neutralizira kiseline.

Da biste saznali više, pročitajte ove tekstove.:

• ionska ravnoteža
• Reakcija neutralizacije

10. (Enem / 2009) Sapuni su soli dugolančanih karboksilnih kiselina koje se koriste kako bi se olakšalo, tijekom procesa pranja uklanja se tvari slabe topljivosti u vodi, npr. ulja i masti. Sljedeća slika predstavlja strukturu molekule sapuna.

U otopini, sapunski anioni mogu hidrolizirati vodu i tako stvoriti odgovarajuću karboksilnu kiselinu. Na primjer, za natrijev stearat uspostavlja se sljedeća ravnoteža:

Budući da je nastala karboksilna kiselina slabo topljiva u vodi i manje učinkovita u uklanjanju masti, pH medija mora se kontrolirati na takav način da se spriječi pomicanje gornje ravnoteže udesno.

Na temelju podataka u tekstu ispravno je zaključiti da sapuni djeluju na način:

a) Učinkovitiji pri osnovnom pH.
b) Učinkovitiji kod kiselog pH.
c) Učinkovitiji pri neutralnom pH.
d) Učinkovito u bilo kojem rasponu pH.
e) Učinkovitiji kod kiselog ili neutralnog pH.

Pogledajte Odgovor

Odgovor: a) Učinkovitiji pri osnovnom pH.

U prikazanoj ravnoteži vidimo da natrijev stearat u reakciji s vodom stvara karboksilnu kiselinu i hidroksil.

Svrha kontrole pH nije omogućiti stvaranje karboksilne kiseline, a to se postiže pomicanjem ravnoteže promjenom koncentracije OH^-.

to više OH^- u otopini dolazi do poremećaja na strani proizvoda i kemijski sustav reagira trošeći tvar kojoj je povećana koncentracija, u ovom slučaju hidroksil.

Posljedično, doći će do transformacije proizvoda u reagense.

Stoga sapuni djeluju najučinkovitije pri osnovnom pH, jer višak hidroksila pomiče ravnotežu ulijevo.

Da je pH kiseo, došlo bi do veće koncentracije H⁺ to bi utjecalo na ravnotežu konzumiranjem OH^- a ravnoteža bi djelovala stvaranjem više hidroksila, pomicanjem vage ulijevo i stvaranjem više karboksilne kiseline, što nije od interesa u predstavljenom postupku.

Pomak kemijske ravnoteže

11. (Enem / 2011) Bezalkoholna pića sve više postaju meta javnih zdravstvenih politika. Proizvodi od ljepila sadrže fosfornu kiselinu, tvar koja šteti fiksaciji kalcija, minerala koji je glavna komponenta matrice zuba. Karijes je dinamičan proces neravnoteže u procesu demineralizacije zuba, gubitka minerala zbog kiselosti. Poznato je da je glavna komponenta zubne cakline sol koja se naziva hidroksiapatit. Soda, zbog prisutnosti saharoze, smanjuje pH biofilma (bakterijski plak), uzrokujući demineralizaciju zubne cakline. Obrambenim mehanizmima slinovnice treba 20 do 30 minuta da normaliziraju razinu pH, remineralizirajući zub. Sljedeća kemijska jednadžba predstavlja ovaj postupak:

_{GROISMAN, S. Utjecaj sode na zube procjenjuje se bez oduzimanja prehrane. Dostupno u: http://www.isaude.net. Pristupljeno: 1. svibnja 2010. (prilagođeno).}

S obzirom na to da osoba svakodnevno konzumira bezalkoholna pića, može se dogoditi proces dentalne demineralizacije zbog povećane koncentracije

a) OH^–, koji reagira s Ca ionima²⁺, pomicanje ravnoteže udesno.
b) H⁺, koji reagira s OH hidroksilima^–, pomicanje ravnoteže udesno.
c) OH^–, koji reagira s Ca ionima²⁺, pomicanje ravnoteže ulijevo.
d) H⁺, koji reagira s OH hidroksilima^–, pomicanje ravnoteže ulijevo.
e) Ca²⁺, koji reagira s OH hidroksilima^–, pomicanje ravnoteže ulijevo.

Pogledajte Odgovor

Točan odgovor: b) H⁺, koji reagira s OH hidroksilima^–, pomicanje ravnoteže udesno.

Kada se pH smanji, to je zato što se povećala kiselost, odnosno koncentracija H iona⁺, kako stoji u izjavi, prisutna je fosforna kiselina.

Ti ioni reagiraju s OH^- uzrokujući potrošnju ove tvari i, posljedično, pomicanje ravnoteže udesno, jer sustav djeluje stvarajući više ovih uklonjenih iona.

Pomak ravnoteže između reaktanata i proizvoda dogodio se uslijed smanjenja koncentracije OH^-.

Ako Ca ioni²⁺ i oh^- da se koncentracija povećala, pomaknula bi ravnotežu ulijevo, jer bi sustav reagirao trošeći ih i stvarajući više hidroksiapatita.

12. (Enem / 2010) Ponekad se prilikom otvaranja sode primijeti da dio proizvoda brzo curi s kraja posude. Objašnjenje ove činjenice povezano je s poremećajem kemijske ravnoteže koja postoji između nekih sastojaka proizvoda prema jednadžbi:

Promjena prethodnog stanja, povezanog s istjecanjem rashladnog sredstva pod opisanim uvjetima, rezultira:

a) Otpuštanje CO₂ za okoliš.
b) Povišenje temperature posude.
c) Povišenje unutarnjeg tlaka spremnika.
d) Povišenje koncentracije CO₂ u tekućini.
e) Stvaranje značajne količine H₂O.

Pogledajte Odgovor

Točan odgovor: a) Otpuštanje CO₂ za okoliš.

Unutar boce ugljični dioksid otopljen je u tekućini zbog visokog tlaka.

Kada se boca otvori, tlak u spremniku (koji je bio veći) jednak je tlaku u okolišu i, uz to, dolazi do izlaska ugljičnog dioksida.

Pomak ravnoteže između reaktanata i proizvoda dogodio se uslijed smanjenja tlaka: kad se tlak smanji, ravnoteža se pomakne na najveći volumen (broj molova).

Reakcija se pomaknula ulijevo i CO₂ koji je otopljen u tekućini pušten je istječući pri otvaranju boce.