Ćwiczenia dotyczące równowagi chemicznej

Równowaga chemiczna jest jednym z tematów, które najbardziej padają na egzaminach Enem i wstępnych.

W pytaniach poruszane są aspekty reakcji odwracalnych, a kandydaci są oceniani zarówno za pomocą obliczeń, jak i koncepcji związanych z tym tematem.

Mając to na uwadze, stworzyliśmy tę listę pytań z różnymi podejściami do równowagi chemicznej.

Skorzystaj z komentarzy dotyczących rozwiązania, aby przygotować się do egzaminów, i zapoznaj się z instrukcjami krok po kroku, jak rozwiązać pytania.

Ogólne pojęcia równowagi chemicznej chemical

1. (Uema) W równaniu , po osiągnięciu równowagi chemicznej możemy wywnioskować stałą równowagi , o którym słusznie należy stwierdzić, że:

a) im wyższa wartość Kc, tym mniejsza wydajność reakcji bezpośredniej.
b) K_do niezależnie od temperatury.
c) jeśli prędkości reakcji postępującej i odwrotnej są równe, to Kc = 0.
d) K_do zależy to od początkowych molarności reagentów.
e) im większa wartość Kc, tym większe stężenie produktów.

Zobacz odpowiedź

Prawidłowa odpowiedź: e) im większa wartość Kc, tym większe stężenie produktów.

Reakcja bezpośrednia jest reprezentowana przez liczbę 1, gdzie:

Reakcja odwrotna jest reprezentowana przez

Wartość K_do oblicza się ją na podstawie stosunku stężeń produktów i odczynników.

Licznik (zawierający iloczyny) jest wprost proporcjonalny do stałej równowagi. Dlatego im wyższa wartość K_do, tym większa wydajność reakcji bezpośredniej, ponieważ powstaje więcej produktu, a w konsekwencji większe stężenie produktów.

Wartość K_do zmienia się wraz z temperaturą, ponieważ gdy zmienimy jego wartość, reakcja endotermiczna (pochłanianie ciepła) lub egzotermiczna (wydzielanie ciepła) może być uprzywilejowane, a dzięki temu więcej odczynnika lub produktu może zostać zużytych lub wytworzonych, zmieniając w ten sposób stałą równowagi, która zależy od stężenia odczynniki.

Kc zależy od ilości molowych składników, gdy ustala się równowaga i gdy szybkości reakcji w przód i w tył są równe.

2. (UFRN) Bilans chemiczny charakteryzuje się dynamiką na poziomie mikroskopowym. Aby uzyskać informacje ilościowe o zakresie równowagi chemicznej, stosuje się wielkość stałej równowagi. Rozważ następujący pasek:

W odniesieniu do równowagi chemicznej idea równowagi postaci:

a) Jest prawidłowy, ponieważ w równowadze chemicznej połowa ilości to zawsze produkty, a druga połowa to reagenty.
b) Nie jest poprawne, ponieważ w równowadze chemicznej stężenia produktów i reagentów mogą być różne, ale są stałe.
c) Jest prawidłowy, ponieważ w równowadze chemicznej stężenia reagentów i produktów są zawsze takie same, o ile równowaga nie jest zakłócona przez efekt zewnętrzny.
d) Nie jest poprawne, ponieważ w równowadze chemicznej stężenia produktów są zawsze wyższe niż reagentów, o ile na równowagę nie ma wpływu czynnik zewnętrzny.
e) Jest prawidłowy, ponieważ w równowadze chemicznej stężenia reagentów i produktów nie zawsze są takie same.

Zobacz odpowiedź

Prawidłowa odpowiedź: b) Nie jest poprawna, ponieważ w równowadze chemicznej stężenia produktów i reagentów mogą być różne, ale są stałe.

W stanie równowagi ilości produktów i odczynników można obliczyć na podstawie stałej równowaga, a niekoniecznie powinna być połowa ilości produktów a druga połowa odczynniki.

Stężenia równowagi nie zawsze są takie same, mogą być różne, ale stałe, jeśli w równowadze nie występują zakłócenia.

Stężenia równowagowe muszą zależeć od tego, która reakcja jest faworyzowana, czy jest to bezpośrednia czy odwrotna. Możemy to poznać dzięki wartości K_do: jeśli K_do 1, Preferowana jest reakcja bezpośrednia. już jeśli K_do 1 preferowana jest reakcja odwrotna.

Wykresy bilansu chemicznego

3. (UFPE) Na początku XX wieku oczekiwanie I wojny światowej spowodowało ogromne zapotrzebowanie na związki azotu. Haber był pionierem w produkcji amoniaku z azotu z powietrza. Jeśli amoniak zostanie umieszczony w zamkniętym pojemniku, rozkłada się zgodnie z następującym niezrównoważonym równaniem chemicznym: NH_3(sol) → N_2(g) + H_2(g). Zmiany stężeń w czasie ilustruje poniższy rysunek:

Na podstawie analizy powyższego rysunku możemy stwierdzić, że krzywe A, B i C przedstawiają odpowiednio czasową zmienność stężeń następujących składników reakcji:
a) H₂, nie₂ i NH₃
b) NH₃, H₂ i nie₂
c) NH₃, nie₂ i H₂
d) Nie₂, H₂ i NH₃
e) H₂, NH₃ i nie₂

Zobacz odpowiedź

Prawidłowa odpowiedź: d) N₂, H₂ i NH₃.

Krok 1: zrównoważ równanie chemiczne.

2 NH_3(sol) → N_2(g) + 3 H_2(g)

Dzięki zrównoważonej reakcji zdaliśmy sobie sprawę, że do rozkładu na azot i wodór potrzeba 2 moli amoniaku. Ponadto ilość wodoru wytworzonego w reakcji jest trzykrotnie większa niż amoniaku.

Drugi krok: zinterpretuj dane wykresu.

Jeśli amoniak jest rozkładany, to na wykresie jego stężenie jest maksymalne i maleje, jak widać na krzywej C.

Produkty, w miarę ich powstawania, na początku reakcji ich stężenia wynoszą zero i wzrastają, gdy reagent staje się produktem.

Ponieważ ilość wytworzonego wodoru jest trzykrotnie większa niż azotu, krzywa dla tego gazu jest największa, jak zaznaczono w B.

Innym powstającym produktem jest azot, jak widać na krzywej A.

4. (Cesgranrio) Układ reprezentowany przez równanie był w równowadze. Stan równowagi został gwałtownie zmieniony przez dodanie substancji G. System reaguje, aby przywrócić równowagę. Który z poniższych wykresów najlepiej przedstawia zmiany, które nastąpiły podczas opisanego procesu?

Zobacz odpowiedź

Prawidłowa odpowiedź: d).

Ponieważ układ znajdował się na początku w równowadze, ilości substancji G i H pozostawały stałe.

Zakłócenie wystąpiło, gdy stężenie G wzrastało, a układ zareagował, przekształcając to reagenta w większej ilości produktu H, przesuwając równowagę w prawo, czyli sprzyjając reakcji bezpośredni.

Obserwujemy, że krzywa odczynnika G zmniejsza się w miarę jego zużywania, a krzywa produktu H rośnie w miarę jej powstawania.

Kiedy ustala się nowa równowaga, ilości znów stają się stałe.

Stała równowagi: zależność między stężeniem a ciśnieniem

5. (UFRN) Wiedząc, że K_P = K_do (RT)^nie, możemy powiedzieć, że K_P = K_do, dla:

stal_2(sol) + H_2(g) CO_(sol) + H₂O_(sol)
b) H_2(g) + ½_2(g) H₂O₍₁₎
c) Nie_2(g) + 3 godz_2(g) ↔ 2 NH_3(sol)
d) NIE_(sol) + ½ O2_(sol) ↔ NIE_2(sol)
e) 4 FeS_(y) + 7 O_2(g) ↔ 2 Fe₂O_3(s) + 4 SO_2(sol)

Zobacz odpowiedź

Prawidłowa odpowiedź: a) CO_2(sol) + H_2(g) CO_(sol) + H₂O_(sol)

Do K_P być równe K_do zmiana liczby moli musi być równa zeru, ponieważ dowolna liczba podniesiona do zera daje w wyniku 1:

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

Zmianę liczby moli oblicza się ze wzoru:

∆n = liczba moli produktów - liczba moli odczynników

W tych obliczeniach biorą udział tylko współczynniki substancji w stanie gazowym.

Stosując do każdego alternatywnego równania, mamy:

stal2(sol) + H2(g) CO(sol) + H2O(sol)	∆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) Nie2(g) + 3 godz2(g) ↔ 2 NH3(g)	∆n = [2 - (1+3)] = 2 - 4 = - 2
d) NIE(sol) + ½2(g) ↔ NIE2(g)	∆n = [1 - (1+1/2)] = 1 - 3/2 = - 1/2
e) 4 FeS(y) + 7 O2(g) ↔ 2 Fe2O3(s) + 4 SO2(g)	∆n = [(0+4) - (0+7)] = 4 - 7 = - 3

Dzięki tym wynikom możemy zaobserwować, że alternatywą, której wartość odpowiada wymaganemu wynikowi, jest ta z pierwszego równania.

6. (dostosowane do UEL) Dla reakcji reprezentowanej przez stałe równowagi K_do i K_P są wyrażone równaniami: (Dane: p = ciśnienie cząstkowe)

Zobacz odpowiedź

Prawidłowa alternatywa:

Stałą równowagi oblicza się ze wzoru:

Związki stałe, ze względu na ich stałe stężenia, nie biorą udziału w obliczeniach K_do, dlatego stała równowagi dla danego równania wynosi:

W przypadku stałej równowagi pod względem ciśnienia w obliczeniach biorą udział tylko gazy, a więc:

Obliczanie stałej równowagi

7. (Enem/2015) Kilka kwasów jest stosowanych w gałęziach przemysłu, które usuwają ścieki do zbiorników wodnych, takich jak rzeki i jeziora, co może wpływać na równowagę środowiskową. Aby zneutralizować kwasowość, do ścieków można dodać w odpowiednich ilościach sól węglanową wapnia, ponieważ wytwarza ona wodorowęglan, który neutralizuje wodę. Przedstawiono równania biorące udział w procesie:

Na podstawie wartości stałych równowagi reakcji II, III i IV w 25°C, jaka jest wartość liczbowa stałej równowagi reakcji 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

Zobacz odpowiedź

Prawidłowa odpowiedź: b) 5,0 x 10^-5

Krok pierwszy: użyj prawa Hessa, aby dokonać niezbędnych korekt.

Biorąc pod uwagę równanie chemiczne:

Stałą oblicza się ze wzoru:

Ale jeśli odwrócimy równanie, otrzymamy w rezultacie:

A stała staje się odwrotnością:

Aby dojść do równania 1, podanego w pytaniu, musimy odwrócić równanie II, jak w poprzednim przykładzie.

Krok 2: Manipuluj równaniami II, III i IV, aby otrzymać wynik równania I.

Krok 3: oblicz stałą równowagi równania I.

Obliczanie K_ja odbywa się poprzez pomnożenie stałych wartości.

Ponieważ w obliczeniach mamy równe potęgi podstaw, powtarzamy podstawę i dodajemy wykładniki.

Ponieważ mamy teraz dzielenie o równych potęgach podstaw, powtarzamy podstawę i odejmujemy wykładniki.

8. (UnB) Pentachlorek fosforu jest bardzo ważnym odczynnikiem w chemii organicznej. Jest przygotowywany w fazie gazowej poprzez reakcję:
Kolba o pojemności 3,00 l zawiera w równowadze, w temperaturze 200 °C: 0,120 mol PCl_5(sol), 0,600 mol PCl_3(sol) i 0,0120 mola CL_2(sol). Jaka jest wartość stałej równowagi w tej temperaturze?

Zobacz odpowiedź

Prawidłowa odpowiedź: 50 (mol/L)^-1

Krok 1: Zbierz wyrażenie stałej równowagi dla reakcji.

Drugi krok: oblicz stężenia w mol/L każdego składnika w stanie równowagi.

Formuła stężenia molowego:

PCl3	Cl2	PCl5

Krok 3: zastąp stężenia w wyrażeniu stałym i oblicz wartość K_do.

Zastosowania równowagi równowagi

9. (Enem/2016) Po całkowitym zużyciu opony można spalić w celu wytworzenia energii. Wśród gazów powstających przy całkowitym spalaniu wulkanizowanej gumy, niektóre są zanieczyszczeniami i powodują kwaśne deszcze. Aby zapobiec ich ucieczce do atmosfery, gazy te można przepuszczać bąbelkami do wodnego roztworu zawierającego odpowiednią substancję. Rozważ informacje o substancji wymienione w tabeli.

Wśród substancji wymienionych w tabeli ta, która jest w stanie najskuteczniej usuwać zanieczyszczające gazy, to (a)

a) Fenol.
b) Pirydyna.
c) Metyloamina.
d) Wodorofosforan potasu.
e) Wodorosiarczan potasu.

Zobacz odpowiedź

Prawidłowa odpowiedź: d) Wodorofosforan potasu.

CO₂, tlenki siarki (SO₂ a więc₃) oraz tlenki azotu (NO i NO₂) to główne gazy zanieczyszczające.

Kiedy reagują z wodą obecną w atmosferze, występuje tworzenie kwasu które powodują wzrost kwasowości deszczu, dlatego nazywa się go kwaśnym deszczem.

Stałe równowagi podane w tabeli oblicza się na podstawie stosunku stężeń produktów i odczynników w następujący sposób:

Zauważ, że stała równowagi jest proporcjonalna do stężenia produktów: im większa ilość produktów, tym większa wartość K_do.

Zwróć uwagę na pierwszą i ostatnią wartość złożoną w tabeli dla K_do:

pirydyna
Wodorosiarczan potasu

Porównując te dwie liczby, widzimy, że im mniejsza potęga ujemna, tym większa wartość stałej.

Aby skuteczniej usuwać zanieczyszczenia, OH^- reagować z jonami H⁺ obecny w kwasach przez a Reakcja neutralizacji.

Wśród prezentowanych substancji, te, które wytwarzają hydroksyle niezbędne do neutralizacji związków kwasowych to: pirydyna, metyloamina i wodorofosforan potasu.

Aby dowiedzieć się, który związek jest najbardziej wydajny, obserwujemy stałe równowagi: im wyższa wartość stałej, tym większe stężenie OH^-.

Zatem wodnym roztworem zawierającym substancję odpowiednią do tego celu jest wodorofosforan potasu, ponieważ jest bardziej zasadowy i skuteczniej neutralizuje kwasy.

Aby dowiedzieć się więcej, przeczytaj te teksty.:

• równowaga jonowa
• Reakcja neutralizacji

10. (Enem/2009) Mydła to sole długołańcuchowych kwasów karboksylowych stosowane w celu ułatwienia, podczas procesów mycia usuwanie substancji o małej rozpuszczalności w wodzie, np. olejów i tłuszcze. Poniższy rysunek przedstawia strukturę cząsteczki mydła.

W roztworze aniony mydła mogą hydrolizować wodę i tym samym tworzyć odpowiedni kwas karboksylowy. Na przykład dla stearynianu sodu ustala się następujący bilans:

Ponieważ powstały kwas karboksylowy jest słabo rozpuszczalny w wodzie i mniej skuteczny w usuwaniu tłuszczów, pH medium musi być kontrolowane, aby zapobiec przesunięciu powyższej wagi w prawo.

Na podstawie informacji zawartych w tekście słusznie można stwierdzić, że mydła działają w taki sposób:

a) Bardziej wydajny przy zasadowym pH.
b) Bardziej wydajny przy kwaśnym pH.
c) Bardziej wydajny przy neutralnym pH.
d) Wydajny w każdym zakresie pH.
e) Bardziej wydajny przy kwaśnym lub obojętnym pH.

Zobacz odpowiedź

Odpowiedź: a) Bardziej wydajny przy podstawowym pH.

W przedstawionym bilansie widzimy, że stearynian sodu w reakcji z wodą tworzy kwas karboksylowy i hydroksyl.

Celem kontrolowania pH jest zapobieganie tworzeniu się kwasu karboksylowego, a odbywa się to poprzez przesunięcie równowagi poprzez zmianę stężenia OH^-.

im więcej OH^- w roztworze występuje zakłócenie po stronie produktów i układ chemiczny reaguje zużywając substancję, której stężenie zostało zwiększone, w tym przypadku hydroksyl.

W konsekwencji nastąpi przekształcenie produktów w odczynniki.

Dlatego mydła działają najskuteczniej przy zasadowym pH, ponieważ nadmiar hydroksylu przesuwa równowagę w lewo.

Gdyby pH było kwaśne, byłoby wyższe stężenie H⁺ które wpłynęłyby na równowagę poprzez spożywanie OH^- a równowaga działałaby wytwarzając więcej hydroksylu, przesuwając równowagę w lewo i wytwarzając więcej kwasu karboksylowego, co nie jest interesujące w przedstawionym procesie.

Przesunięcie równowagi chemicznej

11. (Enem/2011) Napoje bezalkoholowe stają się w coraz większym stopniu przedmiotem polityki zdrowia publicznego. Produkty klejące zawierają kwas fosforowy, substancję szkodliwą dla wiązania wapnia, minerału będącego głównym składnikiem macierzy zębów. Próchnica to dynamiczny proces zachwiania równowagi w procesie demineralizacji zębów, utraty minerałów w wyniku zakwaszenia. Wiadomo, że głównym składnikiem szkliwa zębów jest sól zwana hydroksyapatytem. Soda poprzez obecność sacharozy obniża pH biofilmu (płytki bakteryjnej), powodując demineralizację szkliwa zębów. Mechanizmy obrony śliny potrzebują od 20 do 30 minut, aby znormalizować poziom pH, remineralizując ząb. Proces ten przedstawia następujące równanie chemiczne:

_{GROISMAN, S. Wpływ sody na zęby ocenia się bez zdejmowania jej z diety. Dostępne w: http://www.isaude.net. Dostęp: 1 maja 2010 (dostosowany).}

Biorąc pod uwagę, że osoba codziennie spożywa napoje bezalkoholowe, może dojść do procesu demineralizacji zębów ze względu na zwiększone stężenie

a) OH^–, który reaguje z jonami Ca²⁺, przesuwając równowagę w prawo.
b) H⁺, który reaguje z hydroksylami OH^–, przesuwając równowagę w prawo.
c) OH^–, który reaguje z jonami Ca²⁺, przesuwając równowagę w lewo.
d) H⁺, który reaguje z hydroksylami OH^–, przesuwając równowagę w lewo.
e) Ca²⁺, który reaguje z hydroksylami OH^–, przesuwając równowagę w lewo.

Zobacz odpowiedź

Prawidłowa odpowiedź: b) H⁺, który reaguje z hydroksylami OH^–, przesuwając równowagę w prawo.

Gdy pH spada, dzieje się tak, ponieważ wzrosła kwasowość, czyli stężenie jonów H H⁺, jak mówi oświadczenie, istnieje obecność kwasu fosforowego.

Jony te reagują z OH^- powodując zużycie tej substancji i w konsekwencji przesunięcie równowagi w prawo, ponieważ system działa wytwarzając więcej tych usuniętych jonów.

Przesunięcie równowagi między substratami a produktami nastąpiło z powodu spadku stężenia OH^-.

Jeśli jony Ca²⁺ i och^- gdyby stężenie wzrosło, przesunęłoby równowagę w lewo, ponieważ system reagowałby, konsumując je i tworząc więcej hydroksyapatytu.

12. (Enem/2010) Czasami podczas otwierania sody można zauważyć, że część produktu szybko wycieka z końca pojemnika. Wyjaśnienie tego faktu wiąże się z zaburzeniem równowagi chemicznej występującej pomiędzy niektórymi składnikami produktu zgodnie z równaniem:

Zmiana dotychczasowego bilansu, związana z wyciekiem czynnika chłodniczego w opisanych warunkach, powoduje:

a) Uwalnianie CO₂ dla środowiska.
b) Podniesienie temperatury pojemnika.
c) Podwyższenie ciśnienia wewnętrznego w pojemniku.
d) Wzrost stężenia CO₂ w cieczy.
e) Powstawanie znacznej ilości H₂O.

Zobacz odpowiedź

Prawidłowa odpowiedź: a) Uwalnianie CO₂ dla środowiska.

Wewnątrz butelki dwutlenek węgla został rozpuszczony w cieczy pod wpływem wysokiego ciśnienia.

Gdy butelka jest otwierana, ciśnienie wewnątrz pojemnika (które było większe) równa się ciśnieniu w otoczeniu, a wraz z nim następuje ulatnianie się dwutlenku węgla.

Przesunięcie równowagi między substratami a produktami nastąpiło z powodu spadku ciśnienia: gdy ciśnienie spada, równowaga przesuwa się do największej objętości (liczby moli).

Reakcja przesunęła się w lewo i CO₂ który rozpuszczony w płynie został uwolniony, wyciekając po otwarciu butelki.