Vaje za kemijsko ravnotežje

Kemijsko ravnovesje je ena izmed tem, ki najbolj pade na Enem in sprejemne izpite.

Vprašanja obravnavajo vidike reverzibilnih reakcij, kandidate pa ocenjujejo tako z izračuni kot s koncepti, ki vključujejo to temo.

S tem v mislih smo naredili ta seznam vprašanj z različnimi pristopi k kemijskemu ravnovesju.

Izkoristite pripombe k reševanju in se pripravite na izpite ter si oglejte podrobna navodila za reševanje vprašanj.

Splošni koncepti kemijskega ravnotežja

1. (Uema) V enačbi , po doseganju kemičnega ravnovesja lahko ugotovimo ravnotežno konstanto , o čemer je pravilno trditi, da:

a) večja kot je vrednost Kc, nižji je izkoristek neposredne reakcije.
b) K_ç ne glede na temperaturo.
c) če sta hitrosti naprej in inverzne reakcije enake, potem je Kc = 0.
d) K_ç to je odvisno od začetnih molarnosti reaktantov.
e) večja kot je vrednost Kc, večja je koncentracija izdelkov.

Glejte Odgovor

Pravilen odgovor: e) večja kot je vrednost Kc, večja je koncentracija izdelkov.

Neposredna reakcija je predstavljena s številko 1, kjer:

Inverzno reakcijo predstavlja

Vrednost K_ç izračuna se z razmerjem med koncentracijami izdelkov in reagentov.

Števec (ki vsebuje izdelke) je neposredno sorazmeren ravnotežni konstanti. Zato je večja vrednost K_ç, večji je izkoristek neposredne reakcije, saj nastaja več produkta in posledično večja koncentracija produktov.

Vrednost K_ç spreminja se s temperaturo, kajti ko spremenimo njeno vrednost, je lahko endotermna (absorpcija toplote) ali eksotermna (sproščanje toplote) reakcija in s tem se lahko porabi ali ustvari več reagenta ali izdelka, s čimer se spremeni ravnotežna konstanta, ki je odvisna od koncentracije reagenti.

Kc je odvisen od molskih količin komponent, ko se vzpostavi ravnotežje in ko sta hitrosti neposredne in povratne reakcije enake.

2. (UFRN) Za kemijsko ravnovesje je značilno, da je na mikroskopski ravni dinamično. Za pridobitev kvantitativnih informacij o obsegu kemijskega ravnovesja se uporablja ravnotežna konstantna količina. Upoštevajte naslednji trak:

Likovna ideja ravnovesja, ki se uporablja za kemično ravnovesje:

a) Pravilno je, ker je v kemijskem ravnotežju polovica količin vedno proizvodov, druga polovica pa reaktantov.
b) Ni pravilno, saj so v kemijskem ravnovesju koncentracije proizvodov in koncentracije reaktantov lahko različne, vendar so konstantne.
c) Pravilno je, ker so v kemijskem ravnotežju koncentracije reaktantov in produktov vedno enake, če ravnotežje ne moti zunanji učinek.
d) Ni pravilno, saj so v kemijskem ravnotežju koncentracije proizvodov vedno višje od koncentracij reaktantov, če na ravnovesje ne vpliva zunanji dejavnik.
e) Pravilno je, ker v kemijskem ravnovesju koncentracije reaktantov in produktov niso vedno enake.

Glejte Odgovor

Pravilen odgovor: b) Ni pravilen, saj so v kemijskem ravnovesju koncentracije proizvodov in koncentracije reaktantov lahko različne, vendar so konstantne.

V ravnovesju lahko količine izdelkov in reagentov izračunamo na podlagi konstante ravnovesje in ne bi smelo biti polovice količine izdelkov in druge polovice reagenti.

Ravnotežne koncentracije niso vedno enake, lahko so različne, vendar stalne, če v ravnovesju ne pride do motenj.

Ravnotežne koncentracije morajo biti odvisne od tega, kateri reakciji je naklonjena, bodisi neposredni ali obratni. To lahko vemo po vrednosti K_ç: če K_ç 1, neposredna reakcija je naklonjena. že če K_ç 1 je prednostna obratna reakcija.

Grafikone kemijske bilance

3. (UFPE) Na začetku 20. stoletja je pričakovanje prve svetovne vojne povzročilo veliko potrebo po dušikovih spojinah. Haber je pionir proizvodnje amoniaka iz dušika v zraku. Če damo amoniak v zaprto posodo, se razgradi v skladu z naslednjo neuravnoteženo kemijsko enačbo: NH_3(g) → N_{2 (g)} + H_{2 (g)}. Spremembe koncentracij skozi čas so prikazane na naslednji sliki:

Iz analize zgornje slike lahko ugotovimo, da krivulje A, B in C predstavljajo časovno spremembo koncentracij naslednjih reakcijskih komponent:
a) H₂, št₂ in NH₃
b) NH₃, H₂ in ne₂
c) NH₃, št₂ in H₂
d) Ne₂, H₂ in NH₃
e) H₂, NH₃ in ne₂

Glejte Odgovor

Pravilen odgovor: d) N₂, H₂ in NH₃.

1. korak: uravnotežite kemijsko enačbo.

2 NH_3(g) → N_{2 (g)} + 3 H_{2 (g)}

Z uravnoteženo reakcijo smo ugotovili, da sta za razpad dušika in vodika potrebni 2 mola amoniaka. Tudi količina vodika, ki nastane v reakciji, je trikrat večja od količine amoniaka.

2. korak: interpretirajte podatke grafikona.

Če se amoniak razgrajuje, je na grafu njegova koncentracija največja in pada, kot je razvidno iz krivulje C.

Produkti, kot nastajajo, so na začetku reakcije koncentracije enake nič in naraščajo, ko reaktant postane produkt.

Ker je količina proizvedenega vodika trikrat večja od količine dušika, je krivulja za ta plin največja, kot je navedeno v B.

Drugi produkt, ki nastaja, je dušik, kot je razvidno iz krivulje A.

4. (Cesgranrio) Sistem, ki ga predstavlja enačba je bil v ravnovesju. Ravnotežno stanje se je naglo spremenilo z dodatkom snovi G. Sistem reagira, da vzpostavi ravnovesje. Kateri od naslednjih grafikonov najbolje predstavlja spremembe, ki so se zgodile med opisanim postopkom?

Glejte Odgovor

Pravilen odgovor: d).

Ker je bil sistem na začetku v ravnovesju, so količine snovi G in H ostale nespremenjene.

Motnja se je pojavila, ko se je koncentracija G povečala in je sistem reagiral s preoblikovanjem reaktant v več produktu H, premikanje ravnotežja v desno, to je favoriziranje reakcije neposredno.

Opažamo, da se krivulja reagenta G s porabo zmanjšuje, krivulja produkta H pa se povečuje, ko nastaja.

Ko se vzpostavi novo ravnotežje, količine spet postanejo konstantne.

Konstanta ravnotežja: razmerje med koncentracijo in tlakom

5. (UFRN) Vedeti, da je K_P = K_ç (RT)ⁿ, lahko rečemo, da K_P = K_ç, za:

jeklo_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)} NH 2 NH_3(g)
d) NE_(g) + ½ O2_(g) ↔ NE_2(g)
e) 4 FeS_(s) + 7 O._{2 (g)} Fe 2 Fe₂O_{3 (s)} + 4 SO_2(g)

Glejte Odgovor

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

K_P biti enak K_ç sprememba števila molov mora biti enaka nič, saj vsako število, zvišano na nič, povzroči 1:

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

Sprememba števila molov se izračuna tako:

=n = Število molov izdelkov - Število molov reagentov

Pri tem izračunu sodelujejo le koeficienti snovi v plinastem stanju.

Če uporabimo vsako alternativno enačbo, imamo:

jeklo2(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) NH 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) Fe 2 Fe2O3 (s) + 4 SO2 (g)	∆n = [(0 + 4) - (0 + 7)] = 4 - 7 = - 3

S temi rezultati lahko opazimo, da je alternativa, katere vrednost ustreza zahtevanemu rezultatu, tista v prvi enačbi.

6. (UEL-prilagojeno) Za reakcijo, ki jo predstavlja ravnotežne konstante K_ç in K_P so izražene z enačbami: (Glede na: p = parcialni tlak)

Glejte Odgovor

Pravilna alternativa:

Ravnotežna konstanta se izračuna tako:

Trdne spojine zaradi konstantnih koncentracij ne sodelujejo pri izračunu K_çzato je ravnotežna konstanta za dano enačbo:

Za ravnotežno konstanto v smislu tlaka pri izračunu sodelujejo samo plini, tako da:

Izračun ravnotežne konstante

7. (Enem / 2015) Številne kisline se uporabljajo v industrijah, ki odplake odlagajo v vodna telesa, kot so reke in jezera, kar lahko vpliva na okoljsko ravnovesje. Za nevtralizacijo kislosti lahko odtoku v ustreznih količinah dodamo sol kalcijevega karbonata, saj tvori bikarbonat, ki nevtralizira vodo. Predstavljene so enačbe, vključene v postopek:

Kolikšna je številčna vrednost ravnotežne konstante reakcije I na podlagi vrednosti konstant ravnotežja reakcij II, III in IV pri 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

Glejte Odgovor

Pravilen odgovor: b) 5,0 x 10^-5

1. korak: s potrebnimi prilagoditvami uporabite Hessov zakon.

Glede na kemijsko enačbo:

Konstanta se izračuna tako:

Če pa enačbo obrnemo, dobimo kot rezultat:

In konstanta postane obratna:

Da pridemo do enačbe 1, podane v vprašanju, moramo obrniti enačbo II, kot v prejšnjem primeru.

2. korak: manipulirajte z enačbami II, III in IV, da pridete do rezultata enačbe I.

3. korak: izračunajte ravnotežno konstanto enačbe I.

Izračun K_jaz se izvede z množenjem konstantnih vrednosti.

Ker imamo pri izračunu enake moči baz, ponovimo osnovo in dodamo eksponente.

Ker imamo zdaj delitev z enakimi stopnjami baz, ponovimo osnovo in odštejemo eksponente.

8. (UnB) Fosforjev pentaklorid je zelo pomemben reagent v organski kemiji. Pripravi se v plinski fazi z reakcijo:
Bučka s prostornino 3,00 L v ravnotežju pri 200 ° C vsebuje 0,120 mol PCl_5(g), 0,600 mol PCl_3(g) in 0,0120 mol CL_2(g). Kolikšna je vrednost ravnotežne konstante pri tej temperaturi?

Glejte Odgovor

Pravilen odgovor: 50 (mol / L)^-1

1. korak: Sestavite izraz ravnotežne konstante za reakcijo.

2. korak: izračunamo koncentracije v molih / L vsake komponente v ravnovesju.

Formula molske koncentracije:

PCl3	Kl2	PCl5

3. korak: zamenjajte koncentracije v konstantnem izrazu in izračunajte vrednost K_ç.

Vloge za ravnotežno ravnovesje

9. (Enem / 2016) Po popolni obrabi lahko gume zažgejo, da proizvedejo energijo. Med plini, ki nastanejo pri popolnem zgorevanju vulkanizirane gume, je nekaj onesnaževal in povzročajo kisli dež. Za preprečitev uhajanja v ozračje lahko te pline mehurimo v vodno raztopino, ki vsebuje primerno snov. Upoštevajte informacije o snovi, navedene v tabeli.

Med snovmi, navedenimi v tabeli, je tista, ki lahko najučinkoviteje odstrani onesnaževalne pline (a)

a) fenol.
b) piridin.
c) Metilamin.
d) kalijev hidrogenfosfat.
e) kalijev hidrogen sulfat.

Glejte Odgovor

Pravilen odgovor: d) Kalijev hidrogenfosfat.

CO₂, žveplovi oksidi (SO₂ in tako₃) in dušikovi oksidi (NO in NO₂) so glavni onesnaževalni plini.

Ko reagirajo z vodo, ki je prisotna v ozračju, se pojavi tvorba kisline ki povzročajo povečanje kislosti dežja, zato ga imenujemo kisli dež.

Konstante ravnotežja, podane v tabeli, se izračunajo z razmerjem med koncentracijami produktov in reagentov, kot sledi:

Upoštevajte, da je ravnotežna konstanta sorazmerna s koncentracijo izdelkov: večja je količina izdelkov, večja je vrednost K_ç.

Upoštevajte prvo in zadnjo sestavljeno vrednost v tabeli za K_ç:

piridin
Kalijev hidrogen sulfat

Če primerjamo dve številki, vidimo, da je manjša negativna moč, večja je vrednost konstante.

Za učinkovitejše odstranjevanje onesnaževal, OH^- reagirati z ioni H⁺ prisoten v kislinah skozi a reakcija nevtralizacije.

Med predstavljenimi snovmi tiste, ki proizvajajo hidroksile, potrebne za nevtralizacijo kislih spojin, so: piridin, metilamin in kalijev hidrogenfosfat.

Da ugotovimo, katera spojina je najučinkovitejša, opazujemo ravnotežne konstante: večja je konstantna vrednost, večja je koncentracija OH^-.

Tako je vodna raztopina, ki vsebuje za to primerno snov, kalijev hidrogenfosfat, saj je bolj bazična in učinkoviteje nevtralizira kisline.

Če želite izvedeti več, preberite ta besedila.:

• ionsko ravnovesje
• Nevtralizacijska reakcija

10. (Enem / 2009) Mila so soli dolgoverižnih karboksilnih kislin, ki se uporabljajo za med postopki pranja odstranjevanje snovi z majhno topnostjo v vodi, npr. olj in maščobe. Naslednja slika predstavlja strukturo molekule mila.

V raztopini milni anioni lahko hidrolizirajo vodo in tako tvorijo ustrezno karboksilno kislino. Na primer, za natrijev stearat se vzpostavi naslednje ravnovesje:

Ker je nastala karboksilna kislina slabo topna v vodi in manj učinkovita pri odstranjevanju maščob, pH medija je treba nadzorovati tako, da se prepreči premik zgornjega ravnovesja v desno.

Na podlagi informacij v besedilu je pravilno sklepati, da mila delujejo na način:

a) Učinkovitejši pri osnovnem pH.
b) Učinkovitejši pri kislem pH.
c) Učinkovitejši pri nevtralnem pH.
d) Učinkovito v katerem koli območju pH.
e) Učinkovitejši pri kislem ali nevtralnem pH.

Glejte Odgovor

Odgovor: a) Učinkovitejši pri osnovnem pH.

V prikazani tehtnici vidimo, da natrijev stearat pri reakciji z vodo tvori karboksilno kislino in hidroksil.

Namen uravnavanja pH ni omogočiti tvorbo karboksilne kisline, in to s premikom ravnotežja s spreminjanjem koncentracije OH^-.

bolj OH^- v raztopini pride do motenj na strani izdelkov in kemični sistem reagira tako, da porabi snov, ki ji je bila koncentracija povišana, v tem primeru hidroksil.

Posledično bo prišlo do preoblikovanja izdelkov v reagente.

Zato mila najučinkoviteje delujejo pri bazičnem pH, saj presežek hidroksila premakne ravnovesje v levo.

Če bi bil pH kisel, bi bila višja koncentracija H⁺ kar bi vplivalo na ravnovesje z uživanjem OH^- in tehtnica bi delovala tako, da bi proizvedla več hidroksila, premaknila tehtnico v levo in proizvedla več karboksilne kisline, kar v predstavljenem postopku ni zanimivo.

Kemični premik ravnotežja

11. (Enem / 2011) Brezalkoholne pijače so vedno bolj tarča politik javnega zdravja. Izdelki iz lepila vsebujejo fosforno kislino, snov, ki je škodljiva za fiksacijo kalcija, minerala, ki je glavna sestavina zobne matrice. Karies je dinamičen proces neravnovesja v procesu demineralizacije zob, izguba mineralov zaradi kislosti. Znano je, da je glavna sestavina zobne sklenine sol, imenovana hidroksiapatit. Soda zaradi prisotnosti saharoze zmanjša pH biofilma (bakterijski plak), kar povzroči demineralizacijo zobne sklenine. Mehanizmi obrambe sline trajajo od 20 do 30 minut, da normalizirajo raven pH in znova remineralizirajo zob. Naslednja kemijska enačba predstavlja ta postopek:

_{GROISMAN, S. Vpliv sode na zob se oceni, ne da bi ga odstranili s prehrane. Na voljo v: http://www.isaude.net. Dostop 1. maja 2010 (prilagojeno).}

Glede na to, da oseba vsak dan uživa brezalkoholne pijače, lahko zaradi povečane koncentracije

a) OH^–, ki reagira s Ca ioni²⁺, premikanje ravnotežja v desno.
b) H⁺, ki reagira z OH hidroksili^–, premikanje ravnotežja v desno.
c) OH^–, ki reagira s Ca ioni²⁺, premikanje ravnotežja v levo.
d) H⁺, ki reagira z OH hidroksili^–, premikanje ravnotežja v levo.
e) Ca²⁺, ki reagira z OH hidroksili^–, premikanje ravnotežja v levo.

Glejte Odgovor

Pravilen odgovor: b) H⁺, ki reagira z OH hidroksili^–, premikanje ravnotežja v desno.

Ko se pH zmanjša, je to zato, ker se je povečala kislost, to je koncentracija ionov H⁺, kot piše v izjavi, je prisotna fosforjeva kislina.

Ti ioni reagirajo z OH^- povzroča porabo te snovi in ​​posledično premik ravnotežja v desno, saj sistem deluje tako, da proizvaja več teh odstranjenih ionov.

Ravnotežni premik med reaktanti in produkti se je zgodil zaradi zmanjšanja koncentracije OH^-.

Če ioni Ca²⁺ in oh^- če bi se koncentracija povečala, bi ravnovesje premaknilo v levo, saj bi sistem reagiral tako, da bi jih porabil in ustvaril več hidroksiapatita.

12. (Enem / 2010) Včasih pri odpiranju sode opazimo, da del izdelka hitro uhaja s konca posode. Razlaga tega dejstva je povezana z motnjami kemijskega ravnovesja, ki obstaja med nekaterimi sestavinami izdelka v skladu z enačbo:

Spreminjanje prejšnjega stanja, povezano s puščanjem hladilnega sredstva pod opisanimi pogoji, povzroči:

a) sproščanje CO₂ za okolje.
b) Povišanje temperature posode.
c) Zvišanje notranjega tlaka posode.
d) Zvišanje koncentracije CO₂ v tekočini.
e) Tvorba večje količine H₂O.

Glejte Odgovor

Pravilen odgovor: a) sproščanje CO₂ za okolje.

V steklenici se je ogljikov dioksid zaradi visokega tlaka raztopil v tekočini.

Ko je steklenica odprta, je tlak v posodi (ki je bil večji) enak tlaku v okolju in s tem pride do uhajanja ogljikovega dioksida.

Premik ravnotežja med reaktanti in produkti se je zgodil zaradi znižanja tlaka: ko tlak pade, se ravnotežje premakne na največji volumen (število molov).

Reakcija se je premaknila v levo in CO₂ ki se je raztopila v tekočini, se je sprostila in je odprla steklenico.