Kjemiske balanseøvelser

Kjemisk balanse er et av fagene som faller mest i Enem og opptaksprøver.

Aspekter av reversible reaksjoner blir tatt opp i spørsmålene og kandidatene blir evaluert både ved beregninger og ved begrepene som involverer dette temaet.

Med det i tankene laget vi denne listen over spørsmål med forskjellige tilnærminger til kjemisk balanse.

Benytt deg av resolusjonskommentarene for å forberede deg til eksamenene, og sjekk trinnvise instruksjoner om hvordan du løser spørsmålene.

Generelle begreper om kjemisk likevekt

1. (Uema) I ligningen , etter å ha nådd kjemisk likevekt, kan vi konkludere med likevektskonstanten , som det er riktig å si at:

a) jo høyere verdien av Kc, jo lavere er utbyttet av den direkte reaksjonen.
b) K_ç uavhengig av temperatur.
c) hvis hastighetene til fremover og omvendte reaksjoner er like, så er Kc = 0.
d) K_ç det avhenger av de første molaritetene til reaktantene.
e) jo større verdien av Kc, jo større er konsentrasjonen av produktene.

Se Svar

Riktig svar: e) jo større verdi Kc har, desto større er konsentrasjonen av produktene.

Den direkte reaksjonen er representert med tallet 1, der:

Den omvendte reaksjonen er representert av

Verdien av K_ç det beregnes av forholdet mellom konsentrasjonen av produkter og reagenser.

Telleren (som inneholder produktene) er direkte proporsjonal med likevektskonstanten. Derfor er jo høyere verdien av K_çjo større utbytte av direkte reaksjon, ettersom mer produkt blir dannet, og følgelig jo større konsentrasjon av produkter.

Verdien av K_ç varierer med temperaturen, fordi når vi endrer verdien, kan den endotermiske (varmeabsorpsjonen) eller den eksoterme (varmeutløsende) reaksjonen være favorisert, og med dette kan mer reagens eller produkt konsumeres eller opprettes, og endrer dermed likevektskonstanten som avhenger av konsentrasjonen av reagenser.

Kc avhenger av molære mengder av komponentene når likevekt er etablert, og når hastighetene for forover- og reversreaksjonene er like.

2. (UFRN) Den kjemiske balansen er preget av å være dynamisk på mikroskopisk nivå. For å oppnå kvantitativ informasjon om omfanget av kjemisk likevekt, brukes likevektskonstantmengden. Tenk på følgende stripe:

Brukes på kjemisk balanse, karakterens idé om balanse:

a) Det er riktig fordi, i kjemisk likevekt, er halvparten av mengdene alltid produkter, og den andre halvparten er reaktanter.
b) Det er ikke riktig, siden konsentrasjonen av produktene og reaktantene i kjemisk likevekt kan være forskjellige, men de er konstante.
c) Det er riktig fordi, i kjemisk likevekt, er konsentrasjonene av reaktanter og produkter alltid de samme, så lenge likevekten ikke blir forstyrret av en ytre effekt.
d) Det er ikke riktig, siden konsentrasjonen av produktene i kjemisk likevekt alltid er høyere enn reaktantene, så lenge likevekten ikke påvirkes av en ekstern faktor.
e) Det er riktig fordi konsentrasjonen av reaktanter og produkter i kjemisk likevekt ikke alltid er den samme.

Se Svar

Riktig svar: b) Det er ikke riktig, da konsentrasjonen av produkter og de av reaktantene i kjemisk likevekt kan være forskjellig, men de er konstante.

Ved likevekt kan mengdene av produkter og reagenser beregnes ut fra konstanten av balanse, og ikke nødvendigvis bør være halvparten av mengden produkter og den andre halvparten reagenser.

Likevektskonsentrasjoner er ikke alltid de samme, de kan være forskjellige, men konstante hvis det ikke forekommer forstyrrelser i likevekt.

Likevektskonsentrasjoner bør avhenge av hvilken reaksjon som favoriseres, enten direkte eller invers. Vi kan vite dette ved verdien av K_ç: hvis K_ç 1, Direkte reaksjon er favorisert. allerede hvis K_ç 1 er omvendt reaksjon favorisert.

Kjemiske balansediagrammer

3. (UFPE) På begynnelsen av det 20. århundre ga forventningen om første verdenskrig et stort behov for nitrogenforbindelser. Haber var banebrytende for produksjonen av ammoniakk fra nitrogen i luften. Hvis ammoniakk plasseres i en lukket beholder, spaltes den i henhold til følgende ubalanserte kjemiske ligning: NH_3(g) → N_{2 (g)} + H_{2 (g)}. Variasjonene i konsentrasjoner over tid er illustrert i følgende figur:

Fra analysen av figuren ovenfor kan vi konstatere at kurvene A, B og C representerer den tidsmessige variasjonen av konsentrasjonene av henholdsvis følgende reaksjonskomponenter:
a) H₂, Nei₂ og NH₃
b) NH₃, H₂ og nei₂
c) NH₃, Nei₂ og H₂
d) Nei₂, H₂ og NH₃
e) H₂, NH₃ og nei₂

Se Svar

Riktig svar: d) N₂, H₂ og NH₃.

1. trinn: balanser den kjemiske ligningen.

2 NH_3(g) → N_{2 (g)} + 3 H_{2 (g)}

Med den balanserte reaksjonen innså vi at det tar 2 mol ammoniakk å spaltes til nitrogen og hydrogen. Mengden hydrogen produsert i reaksjonen er også tre ganger større enn den for ammoniakk.

Andre trinn: tolke kartdata.

Hvis ammoniakk blir spaltet, er konsentrasjonen i grafen maksimal og synker i kurven C.

Produktene, mens de blir dannet, er konsentrasjonene i begynnelsen av reaksjonen null og øker når reaktanten blir et produkt.

Siden mengden hydrogen som produseres er tre ganger større enn den for nitrogen, er kurven for denne gassen den største, som nevnt i B.

Det andre produktet som dannes er nitrogen, som vist i kurve A.

4. (Cesgranrio) Systemet representert ved ligningen var i balanse. Likevektstilstanden ble brått endret ved tilsetning av stoff G. Systemet reagerer for å gjenopprette balansen. Hvilke av følgende diagrammer representerer best endringene som skjedde under prosessen som er beskrevet?

Se Svar

Riktig svar: d).

Siden systemet var i likevekt i begynnelsen, forble mengden av stoffene G og H konstant.

Forstyrrelsen skjedde da konsentrasjonen av G økte og systemet reagerte ved å transformere dette reaktant i mer produkt H, forskyver balansen til høyre, det vil si favoriserer reaksjonen direkte.

Vi observerer at reagenskurven G avtar etter hvert som den forbrukes, og produktkurven H øker når den blir dannet.

Når en ny likevekt er etablert, blir mengder konstant igjen.

Likevektskonstant: forholdet mellom konsentrasjon og trykk

5. (UFRN) Å vite at K_P = K_ç (RT)ⁿ, kan vi si at K_P = K_ç, for:

stål_2(g) + H_{2 (g)} ↔ CO_(g) + H₂O_(g)
b) H_{2 (g)} + ½_{2 (g)} ↔ H₂O₍₁₎
c) Nei_{2 (g)} + 3 H_{2 (g)} NH 2 NH_3(g)
d) NEI_(g) + ½ O2_(g) ↔ NEI_2(g)
e) 4 FeS_(s) + 7 O_{2 (g)} Fe 2 Fe₂O_{3 (r)} + 4 SO_2(g)

Se Svar

Riktig svar: a) CO_2(g) + H_{2 (g)} ↔ CO_(g) + H₂O_(g)

Til K_P være lik K_ç variasjonen i antall mol må være lik null, da et hvilket som helst tall hevet til null resulterer i 1:

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

Endringen i antall mol beregnes av:

∆n = Antall mol produkter - Antall mol reagenser

I denne beregningen deltar bare koeffisientene til stoffer i gassform.

Ved anvendelse av hver alternative ligning har vi:

stål2(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) Nei2 (g) + 3 H2 (g) NH 2 NH3 (g)	∆n = [2 - (1 + 3)] = 2-4 = - 2
d) NEI(g) + ½2 (g) ↔ NEI2 (g)	∆n = [1 - (1 + 1/2)] = 1-3/2 = - 1/2
e) 4 FeS(s) + 7 O2 (g) Fe 2 Fe2O3 (r) + 4 SO2 (g)	∆n = [(0 + 4) - (0 + 7)] = 4-7 = - 3

Med disse resultatene kan vi observere at alternativet hvis verdi tilsvarer det nødvendige resultatet er det i den første ligningen.

6. (UEL-tilpasset) For reaksjonen representert av likevektskonstantene K_ç og K_P uttrykkes av ligningene: (Gitt: p = delvis trykk)

Se Svar

Riktig alternativ:

Likevektskonstanten beregnes av:

Faste forbindelser, på grunn av deres konstante konsentrasjoner, deltar ikke i beregningen av K_çderfor er likevektskonstanten for den gitte ligningen:

For likevektskonstanten, når det gjelder trykk, er det bare gassene som deltar i beregningen, så:

Beregning av likevektskonstanten

7. (Enem / 2015) Flere syrer brukes i næringer som disponerer avløpet sitt i vannforekomster, som elver og innsjøer, noe som kan påvirke miljøbalansen. For å nøytralisere surheten, kan kalsiumkarbonatsalt tilsettes utløpet, i passende mengder, da det produserer bikarbonat, som nøytraliserer vannet. Ligningene som er involvert i prosessen presenteres:

Basert på verdiene til likevektskonstantene i reaksjonene II, III og IV ved 25 ° C, hva er den numeriske verdien av likevektskonstanten i reaksjon 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

Se Svar

Riktig svar: b) 5,0 x 10^-5

Første trinn: Bruk Hess lov til å gjøre de nødvendige justeringene.

Gitt en kjemisk ligning:

Konstanten beregnes av:

Men hvis vi snur ligningen, får vi som et resultat:

Og konstanten blir det omvendte:

For å komme til ligning 1, gitt i spørsmålet, må vi invertere ligning II, som i forrige eksempel.

2. trinn: Manipuler ligning II, III og IV for å komme til resultatet av ligning I.

Tredje trinn: beregne likevektskonstanten for ligning I.

Beregner K_Jeg gjøres ved å multiplisere de konstante verdiene.

Som i beregningen har vi like basekrefter, vi gjentar basen og legger til eksponentene.

Siden vi nå har en divisjon med like basekrefter, gjentar vi basen og trekker eksponentene.

8. (UnB) Fosforpentaklorid er et veldig viktig reagens i organisk kjemi. Den fremstilles i gassfasen gjennom reaksjonen:
En flaske med kapasitet på 3,00 liter inneholder ved likevekt, ved 200 ° C: 0,120 mol PCl_5(g)0,600 mol PCl_3(g) og 0,0120 mol CL_2(g). Hva er verdien av likevektskonstanten ved denne temperaturen?

Se Svar

Riktig svar: 50 (mol / l)^-1

1. trinn: Sett sammen uttrykket av likevektskonstanten for reaksjonen.

2. trinn: beregne konsentrasjonene i mol / L av hver komponent i likevekt.

Molar konsentrasjonsformel:

PCl3	Cl2	PCl5

Tredje trinn: erstatt konsentrasjonene i det konstante uttrykket og beregne verdien av K_ç.

Søknader om likevekt

9. (Enem / 2016) Etter fullstendig slitasje kan dekkene brennes for å generere energi. Blant gassene som genereres ved fullstendig forbrenning av vulkanisert gummi, er noen forurensende stoffer og forårsaker surt regn. For å forhindre at de rømmer ut i atmosfæren, kan disse gassene bobles inn i en vandig løsning som inneholder et passende stoff. Vurder stoffinformasjonen som er oppført i tabellen.

Blant stoffene som er oppført i tabellen, er den som effektivt kan fjerne forurensende gasser (a)

a) Fenol.
b) Pyridin.
c) Metylamin.
d) Kaliumhydrogenfosfat.
e) Kaliumhydrogensulfat.

Se Svar

Riktig svar: d) Kaliumhydrogenfosfat.

CO₂, svoveloksider (SO₂ og så₃) og nitrogenoksider (NO og NO₂) er de viktigste forurensende gassene.

Når de reagerer med vann i atmosfæren, er det en syre dannelse som forårsaker en økning i surheten i regnet, og det er derfor det kalles surt regn.

Likevektskonstantene gitt i tabellen beregnes av forholdet mellom konsentrasjonene av produkter og reagenser som følger:

Legg merke til at likevektskonstanten er proporsjonal med konsentrasjonen av produkter: jo større mengde produkter, jo større er verdien av K_ç.

Legg merke til de første og siste sammensatte verdiene i tabellen for K_ç:

pyridin
Kaliumhydrogensulfat

Når vi sammenligner de to tallene, ser vi at jo mindre den negative effekten er, jo større er verdien av konstanten.

For å fjerne forurensninger mer effektivt, OH^- å reagere med H-ioner⁺ til stede i syrer gjennom a nøytraliseringsreaksjon.

Blant stoffene som presenteres, er de som produserer hydroksylene som er nødvendige for å nøytralisere sure forbindelser: pyridin, metylamin og kaliumhydrogenfosfat.

For å finne ut hvilken forbindelse som er mest effektiv, observerer vi likevektskonstantene: jo høyere konstant verdi, jo større er konsentrasjonen av OH^-.

Den vandige løsningen som inneholder et stoff som er egnet for dette formålet, er således kaliumhydrogenfosfat, da det er mer basisk og nøytraliserer syrer mer effektivt.

Les disse tekstene for å lære mer.:

• ionisk balanse
• Nøytraliseringsreaksjon

10. (Enem / 2009) Såper er salter av langkjedede karboksylsyrer som brukes for å lette, under vaskeprosesser, fjerning av stoffer med lav vannløselighet, f.eks. oljer og fett. Følgende figur representerer strukturen til et såpemolekyl.

I oppløsning kan såpeanioner hydrolysere vann og derved danne den tilsvarende karboksylsyren. For eksempel for natriumstearat er følgende balanse etablert:

Siden den dannede karboksylsyren er lite løselig i vann og mindre effektiv til å fjerne fett, pH på mediet må kontrolleres for å forhindre at balansen over blir forskjøvet til høyre.

Basert på informasjonen i teksten er det riktig å konkludere med at såper fungerer på en måte:

a) Mer effektiv ved grunnleggende pH.
b) Mer effektiv ved sur pH.
c) Mer effektiv ved nøytral pH.
d) Effektiv over ethvert pH-område.
e) Mer effektiv ved sur eller nøytral pH.

Se Svar

Svar: a) Mer effektiv ved grunnleggende pH.

I balansen vist ser vi at natriumstearat når det reagerer med vann danner en karboksylsyre og hydroksyl.

Formålet med å kontrollere pH er ikke å tillate dannelse av karboksylsyre, og dette gjøres ved å forandre balansen ved å endre OH-konsentrasjonen^-.

jo mer OH^- i løsning er det en forstyrrelse på produktsiden, og det kjemiske systemet reagerer ved å konsumere stoffet som hadde konsentrasjonen økt, i dette tilfellet hydroksyl.

Følgelig vil det være transformasjon av produkter til reagenser.

Derfor fungerer såper mest effektivt ved basisk pH, da overskudd av hydroksyl forskyver balansen til venstre.

Hvis pH var sur, ville det være en høyere konsentrasjon av H⁺ som ville påvirke balansen ved å konsumere OH^- og balansen ville virke ved å produsere mer hydroksyl, flytte balansen til venstre og produsere mer karboksylsyre, noe som ikke er av interesse i den presenterte prosessen.

Kjemisk likevektsskifte

11. (Enem / 2011) Brus har i økende grad blitt målet for folkehelsepolitikken. Limprodukter inneholder fosforsyre, et stoff som er skadelig for fiksering av kalsium, mineralet som er hovedkomponenten i tennematriksen. Karies er en dynamisk prosess med ubalanse i prosessen med dental demineralisering, tap av mineraler på grunn av surhet. Det er kjent at hovedkomponenten i tannemaljen er et salt som kalles hydroksyapatitt. Brusen, på grunn av tilstedeværelsen av sukrose, senker pH i biofilmen (bakteriell plakk), og forårsaker demineralisering av tannemaljen. Spyttforsvarsmekanismer tar 20 til 30 minutter å normalisere pH-nivået, og remineralisere tannen. Følgende kjemiske ligning representerer denne prosessen:

_{GROISMAN, S. Effekten av brus på tennene blir vurdert uten å ta den av dietten. Tilgjengelig i: http://www.isaude.net. Tilgang: 1. mai 2010 (tilpasset).}

Tatt i betraktning at en person bruker brus hver dag, kan det oppstå en tanndemineraliseringsprosess på grunn av den økte konsentrasjonen av

a) OH^–, som reagerer med Ca-ioner²⁺, skiftende balanse til høyre.
b) H⁺, som reagerer med OH-hydroksylene^–, skiftende balanse til høyre.
c) OH^–, som reagerer med Ca-ioner²⁺, skiftende balanse til venstre.
d) H⁺, som reagerer med OH-hydroksylene^–, skiftende balanse til venstre.
e) Ca²⁺, som reagerer med OH-hydroksylene^–, skiftende balanse til venstre.

Se Svar

Riktig svar: b) H⁺, som reagerer med OH-hydroksylene^–, skiftende balanse til høyre.

Når pH synker er det fordi surheten har økt, det vil si konsentrasjonen av H-ioner⁺, som uttalelsen sier, er det tilstedeværelse av fosforsyre.

Disse ionene reagerer med OH^- forårsaker at dette stoffet blir konsumert og følgelig forskyver balansen til høyre, ettersom systemet virker ved å produsere flere av disse fjernede ionene.

Likevektsskiftet mellom reaktanter og produkter skjedde på grunn av reduksjon i OH-konsentrasjonen^-.

Hvis Ca-ionene²⁺ og oh^- hadde konsentrasjonen økt, ville det forskyve balansen til venstre, ettersom systemet ville reagere ved å konsumere dem og danne mer hydroksyapatitt.

12. (Enem / 2010) Noen ganger, når du åpner en brus, blir det lagt merke til at en del av produktet raskt lekker fra enden av beholderen. Forklaringen på dette faktum er relatert til forstyrrelsen av den kjemiske balansen som eksisterer mellom noen av produktets ingredienser i henhold til ligningen:

Endring av forrige balanse, relatert til kjølemedielekkasje under de beskrevne forholdene, resulterer i:

a) CO-utslipp₂ for miljøet.
b) Heving av temperaturen på beholderen.
c) Heving av det indre trykket i beholderen.
d) Heving av CO-konsentrasjon₂ i væsken.
e) Dannelse av en betydelig mengde H₂O.

Se Svar

Riktig svar: a) CO-frigjøring₂ for miljøet.

Inne i flasken ble karbondioksidet oppløst i væsken på grunn av høyt trykk.

Når flasken åpnes, tilsvarer trykket inne i beholderen (som var større) trykket i miljøet, og med det er det en flukt av karbondioksid.

Likevektskiftet mellom reaktanter og produkter skjedde på grunn av trykkfallet: når trykket synker, skifter likevekten til det største volumet (antall mol).

Reaksjonen skiftet til venstre og CO₂ som ble løst opp i væsken, ble frigitt, lekker ut når flasken ble åpnet.