szybkość reakcji, stan równowagi, stała i stopień dysocjacji

Przykłady rozwiązanych zadań

SZYBKOŚĆ REAKCJI CHEMICZNYCH

Teoria: Równanie kinetyczne reakcji wyznaczamy na podstawie stężeń molowych substratów, podniesionych do odpowiednich potęg w zależności od współczynników molowych, np.:

xA + yB = zC

Równanie kinetyczne: v = k [A]^x[B]^y , gdzie k to stała szybkości reakcji, zależna od reagentów i rodzaju reakcji, nie zależy od stężeń

Zad. 1

Jak zmieni się szybkość reakcji syntezy amoniaku, jeżeli stężenie wodoru zwiększymy dwa razy, a stężenie azotu zmniejszymy trzy razy?

Równanie reakcji:  N₂ + 3H₂ = 2NH₃

Równanie kinetyczne:  v = k [N₂][H₂]³ C’[H₂] = 2 C[H₂]

C’[N₂] = 1/3 C[N₂]

v’ = k (1/3 C[N₂])∙(2³ C[H₂]³)

v’ = k 8/3 C[N₂] C[H₂]³

v’ = 8/3 v

Odp. : Szybkość reakcji wzrośnie o 8/3.

STAN RÓWNOWAGI

Teoria: Dla każdej reakcji odwracalnej w stanie równowagi w stałej temperaturze iloczyn stężeń molowych produktów podniesionych do odpowiedniej potęgi podzielony przez iloczyn stężeń molowych substratów podniesionych do odpowiedniej potęgi jest wielkością stałą i nosi nazwę stałej równowagi (stałej stężeniowej).

xA + yB = zC + wD

K=(C^zD^w)/(A^xB^y)

Zad. 2

W zamkniętym naczyniu umieszczono 2 mole CO₂ i 8 moli wodoru. Po ogrzaniu do 1100K ustaliła się równowaga:

CO₂ + H₂ = CO + H₂O

W tych warunkach K=1. Oblicz liczbę moli każdego gazu w stanie równowagi.

Stężenie początkowe = stężenie równowagowe + stężenie zużyte (to, które przereagowało)
Podobnie z liczbą moli: liczba moli początkowa=l.moli równowagowa + l.moli zużyta

	Liczba moli początkowa	Liczba moli zużyta	Liczba moli równowagowa
CO2	2	x	2-x
H2	8	x	8-x
CO	0 (bo na początku reakcji nie było produktu)		x
H2O	0 (na początku reakcji nie było produktu)		x

Zużywa się tyle moli substratu, ile moli produktu powstaje – w reakcji stosunek molowy wynosi 1:1:1:1

W zadaniu nie mamy podanej objętości, a ponieważ stężenie molowe c=n/v, możemy założyć że v=1dm³, wtedy do równania na stałą K podstawiamy bezpośrednio mole zamiast stężeń.

K=x²/(2-x)(8-x)=1

x²=(2-x)(8-x)

x²=16-2x-8x+x²

16=10x

x=1,6

l.moli równowagowa dla CO₂=2-1,6 =0,4
l. moli równowagowa dla H₂=8-1,6=6,4

Odp.: W stanie równowagi układ zawiera 0,4 mola dwutlenku węgla, 6,4 mola wodoru, 1,6 mola tlenku węgla (II) i 1,6 mola wody.

STAŁA DYSOCJACJI, STOPIEŃ DYSOCJACJI, pH

Zad. 3

Oblicz stopień dysocjacji kwasu jednoprotonowego w roztworze o pH=1, jeżeli stała dysocjacji wynosi
K=4∙10^-5. Załóż, że jest to słaby elektrolit.

pH=-log[H⁺]

1=-log 10^-1

[H⁺]=10^-1=0,1 mol/dm³

K = α² ∙ Cm – stosujemy wzór skrócony, dla słabego elektrolitu

   α=  √K/Cm = √0,0004=0,02

Odp. Stopień dysocjacji wynosi 0,02 (inaczej 2%).

Zadania do zrobienia dla Was:

1.       Zad 1.Dana jest reakcja:

4 HCl + CO = CCl₄ + 2H₂O

Jak zmieni się szybkość tej reakcji, jeżeli stężenie HCl zmaleje 2 razy, a stężenie CO wzrośnie 4 razy?

2.      Zad 2. Mieszaninę 2,94 mola jodu i 8,1 mola wodoru ogrzewano w temp. 721 K do osiągnięcia równowagi w stanie gazowym. Stwierdzono, że powstało 5,64 mola jodowodoru. Oblicz stałą równowagi K tworzenia jodowodoru. (zwróć uwagę, że tu ze stosunku molowego reakcji wynika, że powstaje dwa razy więcej produktu, niż zużywa się substratu) Odp.K≈50

3.       Zad 3.Oblicz stałą dysocjacji kwasu fluorowodorowego, wiedząc że w roztworze o pH=2 stopień dysocjacji wynosi 22%. (jest to elektrolit średniej mocy!)