Вправи на хімічний баланс

Хімічний баланс є одним із предметів, на який найбільше потрапляють Енем та вступні іспити.

У питаннях розглядаються аспекти оборотних реакцій, а кандидати оцінюються як розрахунками, так і концепціями, що включають цю тему.

З огляду на це, ми склали цей список питань з різними підходами до хімічного балансу.

Скористайтеся коментарями до резолюції, щоб підготуватися до іспитів, і ознайомтеся з покроковими інструкціями щодо вирішення питань.

Загальні поняття про хімічну рівновагу

1. (Уема) У рівнянні , досягнувши хімічної рівноваги, ми можемо зробити висновок про константу рівноваги , про який правильно стверджувати, що:

а) чим вище значення Kc, тим менший вихід прямої реакції.
б) К_ç незалежно від температури.
в) якщо швидкості прямої та зворотної реакцій рівні, то Kc = 0.
г) К_ç це залежить від початкових молярностей реагентів.
д) чим більше значення Kc, тим більша концентрація продуктів.

Див. Відповідь

Правильна відповідь: д) чим більше значення Кс, тим більша концентрація продуктів.

Пряма реакція представлена ​​цифрою 1, де:

Зворотна реакція представлена

Значення K_ç вона обчислюється за співвідношенням між концентраціями продуктів та реагентів.

Чисельник (який містить продукти) прямо пропорційний константі рівноваги. Отже, чим вище значення K_ç, чим більший вихід прямої реакції, оскільки утворюється більше продукту, а отже, тим більша концентрація продуктів.

Значення K_ç змінюється залежно від температури, тому що коли ми змінюємо її значення, може відбуватися ендотермічна (поглинання тепла) або екзотермічна (виділення тепла) реакція і при цьому більше реагенту або продукту можна споживати або створювати, змінюючи тим самим константу рівноваги, яка залежить від концентрації реагенти.

Kc залежить від молярних кількостей компонентів, коли встановлюється рівновага і коли швидкості прямої та зворотної реакцій рівні.

2. (UFRN) Хімічний баланс характеризується динамічністю на мікроскопічному рівні. Для отримання кількісної інформації про ступінь хімічної рівноваги використовується постійна величина рівноваги. Розглянемо таку смужку:

Застосована до хімічного балансу ідея персонажа про рівновагу:

а) Це правильно, оскільки за хімічної рівноваги половина кількості - це завжди продукти, а інша половина - реактиви.
б) Це неправильно, оскільки в хімічній рівновазі концентрації продуктів та концентрацій реагентів можуть бути різними, але вони постійні.
в) Це правильно, оскільки в хімічній рівновазі концентрації реагентів і продуктів завжди однакові, якщо рівновага не порушується зовнішнім ефектом.
г) Це неправильно, оскільки в хімічній рівновазі концентрація продуктів завжди вища, ніж концентрацій реагентів, доки на рівновагу не впливає зовнішній фактор.
д) Це правильно, оскільки в хімічній рівновазі концентрації реагентів і продуктів не завжди однакові.

Див. Відповідь

Правильна відповідь: б) Неправильна, оскільки за хімічної рівноваги концентрації продуктів та концентрацій реагентів можуть бути різними, але вони постійні.

У рівновазі кількість продуктів та реагентів можна розрахувати, виходячи з константи баланс, і не обов'язково має становити половину кількості продуктів, а іншу половину реагенти.

Концентрації рівноваги не завжди однакові, вони можуть бути різними, але постійними, якщо ніяких порушень в рівновазі не відбувається.

Рівноважні концентрації повинні залежати від того, якій реакції надають перевагу, прямій чи зворотній. Ми можемо це дізнатись за значенням K_ç: якщо K_ç 1, Пряма реакція сприяє. вже якщо К_ç 1 сприяє зворотна реакція.

Діаграми хімічного балансу

3. (UFPE) На початку 20 століття очікування Першої світової війни породило велику потребу в сполуках азоту. Хабер започаткував виробництво аміаку з азоту в повітрі. Якщо аміак поміщають у закриту ємність, він розкладається згідно з таким незбалансованим хімічним рівнянням: NH_3(g) → N_{2 (г)} + H_{2 (г)}. Варіації концентрацій у часі проілюстровані на наступному малюнку:

З аналізу на малюнку вище ми можемо стверджувати, що криві A, B і C представляють тимчасові зміни концентрацій наступних компонентів реакції, відповідно:
а) Н₂, немає₂ і NH₃
б) NH₃, H₂ і ні₂
в) NH₃, немає₂ та H₂
г) Ні₂, H₂ і NH₃
д) Н₂, NH₃ і ні₂

Див. Відповідь

Правильна відповідь: г) Н₂, H₂ і NH₃.

1-й крок: збалансуйте хімічне рівняння.

2 NH_3(g) → N_{2 (г)} + 3 H_{2 (г)}

Збалансованою реакцією ми зрозуміли, що для розкладання на азот та водень потрібні 2 молі аміаку. Крім того, кількість водню, що утворюється в реакції, утричі більше, ніж аміаку.

2-й крок: інтерпретувати дані діаграми.

Якщо аміак розкладається, то на графіку його концентрація максимальна і зменшується, як видно на кривій С.

Продукти, що утворюються, на початку реакції концентрації дорівнюють нулю і зростають у міру того, як реагент стає продуктом.

Оскільки кількість виробленого водню втричі більше, ніж азоту, то крива для цього газу є найбільшою, як зазначено у В.

Іншим продуктом, що утворюється, є азот, як видно на кривій А.

4. (Чесгранріо) Система, представлена ​​рівнянням був у рівновазі. Стан рівноваги різко змінився додаванням речовини G. Система реагує на відновлення балансу. Яка з наведених діаграм найкраще відображає зміни, що відбулися під час описаного процесу?

Див. Відповідь

Правильна відповідь: г).

Оскільки система спочатку знаходилася в рівновазі, кількість речовин G і H залишалося незмінним.

Порушення виникало, коли концентрація G зростала, і система реагувала, перетворюючи це реагент у більшій кількості продукту Н, зміщуючи рівновагу вправо, тобто сприяючи реакції прямий.

Ми спостерігаємо, що крива реагенту G зменшується в міру споживання, а крива продукту H зростає у міру формування.

Коли встановлюється нова рівновага, величини знову стають постійними.

Постійна рівноваги: ​​залежність між концентрацією та тиском

5. (UFRN) Знаючи, що К._P = К_ç (RT)^п, можна сказати, що K_P = К_ç, для:

сталь_2(g) + H_{2 (г)} ↔ CO_(g) + H₂О_(g)
б) Н_{2 (г)} + ½_{2 (г)} ↔ Н₂О₍₁₎
в) Ні_{2 (г)} + 3 год_{2 (г)} ↔ 2 NH_3(g)
г) НІ_(g) + ½ O2_(g) ↔ НІ_2(g)
д) 4 FeS_(s) + 7 O_{2 (г)} Fe 2 Fe₂О_{3 (s)} + 4 ТАК_2(g)

Див. Відповідь

Правильна відповідь: а) CO_2(g) + H_{2 (г)} ↔ CO_(g) + H₂О_(g)

До К._P бути рівним K_ç варіація кількості родимок повинна дорівнювати нулю, оскільки будь-яке число, підняте до нуля, призводить до 1:

К_P = К_ç (RT)⁰
К_P = К_ç x 1
К_P = К_ç

Зміна кількості родимок розраховується за формулою:

∆n = Кількість молей продуктів - Кількість молей реагентів

У цьому розрахунку беруть участь лише коефіцієнти речовин у газоподібному стані.

Застосовуючи до кожного альтернативного рівняння, ми маємо:

сталь2(g) + H2 (г) ↔ CO(g) + H2О(g)	∆n = [(1 + 1) - (1 + 1)] = 2 - 2 = 0
б) Н2 (г) + ½2 (г) ↔ Н2О(1)	∆n = [0 - (1 + 1/2)] = 0 - 3/2 = - 3/2
в) Ні2 (г) + 3 год2 (г) ↔ 2 NH3 (г)	∆n = [2 - (1 + 3)] = 2 - 4 = - 2
г) НІ(g) + ½2 (г) ↔ НІ2 (г)	∆n = [1 - (1 + 1/2)] = 1 - 3/2 = - 1/2
д) 4 FeS(s) + 7 O2 (г) Fe 2 Fe2О3 (s) + 4 ТАК2 (г)	∆n = [(0 + 4) - (0 + 7)] = 4 - 7 = - 3

За цими результатами ми можемо помітити, що альтернатива, значення якої відповідає необхідному результату, є альтернативою у першому рівнянні.

6. (UEL-адаптоване) Для реакції, представленої константи рівноваги K_ç і К._P виражаються рівняннями: (Дано: p = парціальний тиск)

Див. Відповідь

Правильна альтернатива:

Константа рівноваги обчислюється за формулою:

Тверді сполуки через свої постійні концентрації не беруть участі у розрахунку K_ç, отже, константа рівноваги для даного рівняння є:

Для константи рівноваги з точки зору тиску в розрахунку беруть участь лише гази, отже:

Розрахунок константи рівноваги

7. (Enem / 2015) Кілька кислот використовуються у галузях промисловості, які утилізують свої стоки у водних об’єктах, таких як річки та озера, що може вплинути на екологічний баланс. Для нейтралізації кислотності до стічних вод можна додавати сіль карбонату кальцію у відповідних кількостях, оскільки вона утворює бікарбонат, який нейтралізує воду. Представлені рівняння, що беруть участь у процесі:

На основі значень констант рівноваги реакцій II, III та IV при 25 ° C, яке числове значення має константа рівноваги реакції I?

а) 4,5 х 10^-26
б) 5,0 х 10^-5
в) 0,8 х 10^-9
г) 0,2 х 10⁵
д) 2,2 х 10²⁶

Див. Відповідь

Правильна відповідь: б) 5,0 х 10^-5

Перший крок: скористайтеся законом Гесса, щоб внести необхідні корективи.

Дано хімічне рівняння:

Константа обчислюється за формулою:

Але якщо змінити рівняння, ми отримаємо в результаті:

І константа стає оберненою:

Щоб дійти до рівняння 1, наведеного у питанні, нам потрібно інвертувати рівняння II, як у попередньому прикладі.

2-й крок: маніпулюйте рівняннями II, III та IV, щоб отримати результат рівняння I.

3-й крок: обчисліть константу рівноваги рівняння I.

Обчислення К_Я здійснюється множенням постійних значень.

Оскільки при обчисленні ми маємо рівні степенів основ, ми повторюємо основу і додаємо показники ступеня.

Оскільки зараз у нас ділення з однаковими степенями основ, ми повторюємо основу і віднімаємо показники ступеня.

8. (UnB) Пентахлорид фосфору є дуже важливим реагентом в органічній хімії. Його готують у газовій фазі за допомогою реакції:
Пляшка ємністю 3,00 л містить у рівновазі, при 200 ° C: 0,120 моль PCl_5(g), 0,600 моль PCl_3(g) і 0,0120 моль CL_2(g). Яке значення константи рівноваги при цій температурі?

Див. Відповідь

Правильна відповідь: 50 (моль / л)^-1

1-й крок: Складіть вираз константи рівноваги для реакції.

2-й крок: розрахуйте концентрації в молях / л кожного компонента в рівновазі.

Формула молярної концентрації:

PCl3	Кл2	PCl5

3-й крок: замініть концентрації у постійному виразі та обчисліть значення K_ç.

Застосування рівноважної рівноваги

9. (Enem / 2016) Після їх повного зносу шини можна спалити для отримання енергії. Серед газів, що утворюються при повному згорянні вулканізованого каучуку, деякі забруднюючі речовини викликають кислотні дощі. Щоб запобігти їх виходу в атмосферу, ці гази можна барботувати у водний розчин, що містить відповідну речовину. Розгляньте інформацію про речовини, зазначену в таблиці.

Серед речовин, перелічених у таблиці, речовиною, здатною найбільш ефективно видаляти забруднюючі гази, є (а)

а) Фенол.
б) піридин.
в) Метиламін.
г) калію гідрофосфат.
д) Калій гідрогенсульфат.

Див. Відповідь

Правильна відповідь: г) Калій гідрофосфат.

CO₂, оксиди сірки (SO₂ і ТАК₃) та оксиди азоту (NO і NO₂) є основними забруднюючими газами.

Коли вони реагують з водою, яка знаходиться в атмосфері, виникає кислотоутворення які спричиняють збільшення кислотності дощу, саме тому його називають кислотним дощем.

Константи рівноваги, наведені в таблиці, обчислюються за співвідношенням концентрацій продуктів та реагентів, як показано нижче:

Зверніть увагу, що константа рівноваги пропорційна концентрації продуктів: чим більша кількість продуктів, тим більше значення K_ç.

Зверніть увагу на перше та останнє складені значення в таблиці для K_ç:

піридин
Калію гідрогенсульфат

Порівнюючи два числа, ми бачимо, що чим менша від’ємна потужність, тим більше значення константи.

Для більш ефективного видалення забруднюючих речовин, OH^- реагувати з іонами Н⁺ присутній у кислотах через реакція нейтралізації.

Серед представлених речовин, що виробляють гідроксили, необхідні для нейтралізації кислих сполук, є: піридин, метиламін та гідрофосфат калію.

Щоб з’ясувати, яка сполука є найбільш ефективною, ми спостерігаємо константи рівноваги: ​​чим вище постійне значення, тим більша концентрація ОН^-.

Таким чином, водним розчином, що містить речовину, придатну для цієї мети, є гідрофосфат калію, оскільки він є більш основним і більш ефективно нейтралізує кислоти.

Щоб дізнатись більше, прочитайте ці тексти.:

• іонний баланс
• Реакція нейтралізації

10. (Enem / 2009) Мило - це солі довголанцюгових карбонових кислот, що використовуються для полегшення, під час процесів промивання видаляються речовини з низькою розчинністю у воді, наприклад олії та жири. На наступному малюнку представлена ​​структура молекули мила.

У розчині мильні аніони можуть гідролізувати воду і тим самим утворювати відповідну карбонову кислоту. Наприклад, для стеарату натрію встановлюється такий баланс:

Оскільки утворена карбонова кислота погано розчиняється у воді та менш ефективно видаляє жири, рН середовища потрібно контролювати, щоб запобігти зміщенню балансу вище вправо.

Виходячи з інформації в тексті, правильно зробити висновок, що мило працює таким чином:

а) Більш ефективний при основному рН.
б) Більш ефективний при кислому рН.
в) Більш ефективний при нейтральному рН.
г) Ефективний в будь-якому діапазоні рН.
д) Більш ефективний при кислому або нейтральному рН.

Див. Відповідь

Відповідь: а) Більш ефективний при основному рН.

У наведеному балансі ми бачимо, що стеарат натрію при взаємодії з водою утворює карбонову кислоту та гідроксил.

Метою контролю рН є не допустити утворення карбонової кислоти, і це робиться шляхом зміщення балансу шляхом зміни концентрації ОН^-.

тим більше ОН^- у розчині є порушення на стороні продуктів, і хімічна система реагує, споживаючи речовину, у якої підвищена концентрація, в даному випадку гідроксил.

Отже, відбудеться перетворення продуктів на реактиви.

Тому мило працює найефективніше при базовому pH, оскільки надлишок гідроксилу зміщує баланс вліво.

Якби рН був кислим, концентрація Н була б вищою⁺ це вплине на баланс, споживаючи ОГ^- і баланс діяв би, виробляючи більше гідроксилу, зміщуючи баланс вліво і виробляючи більше карбонової кислоти, що не представляє інтересу в представленому процесі.

Зсув хімічної рівноваги

11. (Enem / 2011) Безалкогольні напої все частіше стають об’єктом політики державного охорони здоров’я. Клейові вироби містять фосфорну кислоту, речовину, шкідливу для фіксації кальцію, мінералу, який є основним компонентом матриксу зубів. Карієс - це динамічний процес дисбалансу в процесі демінералізації зубів, втрата мінеральних речовин внаслідок кислотності. Відомо, що основним компонентом зубної емалі є сіль, яка називається гідроксиапатит. Сода, за наявності сахарози, знижує рН біоплівки (бактеріальний наліт), викликаючи демінералізацію зубної емалі. Механізмам захисту слини потрібно 20-30 хвилин для нормалізації рівня рН, ремінералізації зуба. Наступне хімічне рівняння представляє цей процес:

_{ГРОЙСМАН, С. Вплив соди на зуби оцінюється, не відриваючи її від дієти. Доступно: http://www.isaude.net. Доступ: 1 травня 2010 р. (Адаптоване).}

Враховуючи, що людина щодня вживає безалкогольні напої, може відбутися процес демінералізації зубів через підвищену концентрацію

а) ОН^–, який реагує з іонами Са²⁺, зміщуючи рівновагу вправо.
б) Н⁺, який реагує з гідроксилами ОН^–, зміщуючи рівновагу вправо.
в) ОН^–, який реагує з іонами Са²⁺, зміщуючи рівновагу вліво.
г) Н⁺, який реагує з гідроксилами ОН^–, зміщуючи рівновагу вліво.
д) Са²⁺, який реагує з гідроксилами ОН^–, зміщуючи рівновагу вліво.

Див. Відповідь

Правильна відповідь: б) Ч⁺, який реагує з гідроксилами ОН^–, зміщуючи рівновагу вправо.

Коли рН знижується, це тому, що кислотність зросла, тобто концентрація іонів Н⁺, як зазначається у заяві, присутня фосфорна кислота.

Ці іони реагують з ОН^- спричиняючи споживання цієї речовини і, як наслідок, зміщення балансу вправо, оскільки система діє, виробляючи більше цих видалених іонів.

Зсув рівноваги між реагентами та продуктами відбувся через зменшення концентрації ОН^-.

Якщо іони Са²⁺ і о^- якби концентрація зросла, це змістило б рівновагу вліво, оскільки система реагувала б, споживаючи їх та утворюючи більше гідроксиапатиту.

12. (Enem / 2010) Іноді, відкриваючи соду, помічається, що частина продукту швидко витікає з кінця контейнера. Пояснення цього факту пов’язано з порушенням хімічного балансу, який існує між деякими інгредієнтами продукту згідно з рівнянням:

Зміна попереднього балансу, пов'язаного з витоком холодоагенту в описаних умовах, призводить до:

а) Викид СО₂ для навколишнього середовища.
б) Підвищення температури ємності.
в) Підвищення внутрішнього тиску посудини.
г) Підвищення концентрації СО₂ в рідині.
д) Утворення значної кількості Н₂О.

Див. Відповідь

Правильна відповідь: а) Викид СО₂ для навколишнього середовища.

Усередині пляшки вуглекислий газ розчинявся в рідині через високий тиск.

Коли пляшку відкрито, тиск у контейнері (який був більшим) дорівнює тиску в навколишньому середовищі, і разом з цим відбувається витік вуглекислого газу.

Зсув рівноваги між реагентами та продуктами відбувся внаслідок зниження тиску: при зниженні тиску рівновага зміщується до найбільшого об’єму (кількості молей).

Реакція змістилася вліво і CO₂ який був розчинений у рідині, був випущений, витікаючи при відкритті пляшки.