Quesiti e problemi. 3 La costante di equilibrio. 10 Scrivi le equazioni per la costante d equilibrio delle. b) CH 4(g) 4F 2(g) i CF 4(g) 4HF (g)

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1 Quesiti e problemi SUL LIBRO DA PAG 325 A PAG L equilibrio dinamico 1 Dai una definizione di equilibrio dinamico. 2 Che cosa accade a livello microscopico una volta raggiunto l equilibrio? 3 Descrivi l equilibrio coinvolto nel passaggio di stato da H 2 O (l) a H 2 O (g). La miscela è all equilibrio chimico? 4 Prova a descrivere le condizioni che caratterizzano il raggiungimento dell equilibrio nei seguenti casi. a) La finestra e la porta di un locale vengono aperte e, dopo un po di tempo, l aria è cambiata. b) Viene versato del caffè in una tazza di latte e si ottiene del caffelatte. 5 Lo iodio è un solido nero-bluastro che con un moderato riscaldamento sublima in un gas di colore violetto. In un pallone di vetro si inseriscono alcuni cristalli di I 2(s). Il pallone viene poi chiuso e sottoposto a un blando riscaldamento. Quali sono le grandezze macroscopiche osservabili che non subiscono variazioni nel tempo una volta che il sistema ha raggiunto l equilibrio? (Ammetti che la temperatura sia mantenuta costante). Quali sono le trasformazioni che invece avvengono a livello macroscopico? Che cosa si può osservare aumentando la temperatura? 3 La costante di equilibrio 8 Che cosa è la K p? Rispondi in cinque righe. 9 A 1000 K la reazione N 2 3H 2 i 2NH 3 ha costante d equilibrio K eq 0,0024. La reazione è più spostata a destra o a sinistra? a sinistra 10 Scrivi le equazioni per la costante d equilibrio delle seguenti reazioni. a) 4NH 3(g) 3O 2(g) i 2N 2(g) 6H 2 O (g) K eq = [N 2] 2 [H 2 O] 6 [NH 3 ] 4 [O 2 ] 3 b) CH 4(g) 4F 2(g) i CF 4(g) 4HF (g) K eq = [CF 4] [HF] 4 [CH 4 ] [F 2 ] 4 11 Quale tra le reazioni che seguono è più spostata a destra? a) HI (aq) i H (aq) I (aq) K eq b) HF (aq) i H (aq) F (aq) K eq 6, c) H 2 S (aq) i HS (aq) H (aq) K eq 10 7 d) [Fe(H 2 O) 6 ] 3 (aq) i i [Fe(H 2 O) 5 (OH)] 2 (aq) H (aq) K eq L equilibrio chimico: anche i prodotti reagiscono 6 Individua l unica affermazione corretta. a) L equilibrio chimico è uno stato che si raggiunge quando in una reazione si esaurisce uno dei reagenti. b) L equilibrio chimico si raggiunge quando la velocità di trasformazione dei reagenti nei prodotti si annulla. c) L equilibrio chimico è una condizione in cui non avviene alcuna trasformazione a livello microscopico. d) L equilibrio chimico è una situazione in cui la velocità di trasformazione dei reagenti nei prodotti e la velocità della trasformazione inversa si uguagliano. 7 In che modo la costante di equilibrio permette di descrivere il comportamento della reazione? Rispondi in cinque righe. 12 Vero o falso? a) L equilibrio chimico può essere raggiunto solo in un sistema chiuso in cui la pressione e la temperatura sono mantenute costanti. b) All equilibrio la velocità di reazione netta è zero e non variano più le concentrazioni. c) All equilibrio le velocità di reazione diretta e inversa diventano uguali a zero. d) Per ogni reazione chimica, a una data temperatura, esiste un unico stato di equilibrio. 13 A quale temperatura la reazione H 2(g) I 2(g) i 2HI (g) è più completa? a) a 298 K; K eq 794 b) a 500 K; K eq 160 c) a 700 K; K eq 54 d) a 763 K; K eq 46 v f v f v f v f 1

2 Capitolo 216 Le L equilibrio trasformazioni chimico fisiche della materia 14 Quale effetto ha un aumento di temperatura sul valore della K eq? a) la K eq diminuisce b) la K eq aumenta c) la K eq resta invariata d) dipende se la reazione è esotermica o endotermica 15 Scrivi la reazione corrispondente all equazione: K eq [H 2] 3 [C 2 H 2 ] [CH4 ] 2 2CH 4(g) i 3H 2(g) + C 2 H 2(g) 16 Alla temperatura di 727 C la seguente reazione 2SO 2(g) O 2(g) i 2SO 3(g) raggiunge l equilibrio e presenta le seguenti concentrazioni: [SO 3 ] 0,0100 M [O 2 ] 0,0050 M [SO 2 ] 0,0033 M Calcola il valore di K eq a quella temperatura. 1, M 1 17 Calcola il valore della costante d equilibrio a 150 C per la reazione PCl 5(g) i PCl 3(g) Cl 2(g) sapendo che, a 150 C, le concentrazioni all equilibrio sono: [PCl 5 ] 2, M [PCl 3 ] 6, M [Cl 2 ] 1, M 5, Per la reazione H 2(g) I 2(g) 2HI (g) a 460 C hai le seguenti concentrazioni: [H 2 ] 6, M [I 2 ] 0, M [HI] 13, M Calcola il valore della costante d equilibrio. 0, La seguente reazione, utilizzata per la preparazione industriale di H 2, raggiunge l equilibrio a 500 C: CO (g) H 2 O (g) O CO 2(g) H 2(g) All equilibrio le concentrazioni sono: [CO] 0,180 M [H 2 O] 0,0411 M [CO 2 ] 0,150 M [H 2 ] 0,200 M Calcola il valore della costante di equilibrio alla temperatura indicata. 4,05 ESERCIZI 20 Scrivi l espressione di K eq per la seguente reazione: SO 2 Cl 2(g) i SO 2(g) Cl 2(g) Calcola il valore di K eq sapendo che, all equilibrio, la concentrazione dei gas è: [SO 2 Cl 2 ] 1, M [SO 2 ] 2, M [Cl 2 ] 1, M K eq = [Cl 2] [SO 2 ] [SO 2 Cl 2 ] = 1, , , = 1, Scrivi l espressione di K eq per la seguente reazione: 2NOBr (g) i 2NO (g) Br 2(g) Calcola il valore di K eq sapendo che, all equilibrio, la concentrazione dei gas è: [NOBr] 1, M [NO] 1, M [Br 2 ] 2, M K eq = [Br 2] [NO] 2 [NOBr] 2 = 2, (1, ) 2 (1, ) 2 = 1, Come varia il valore di K eq in funzione della temperatura? Rispondi in cinque righe. 23 Per la reazione di dissociazione dello iodio molecolare (I 2(g) i 2I (g) ) si registrano a diverse temperature i seguenti valori di K eq e K p : Temperatura (K) K eq K p 800 3, , , , , ,8 Se si è interessati a ottenere iodio atomico, a quale temperatura conviene operare? T = 1200 K 24 A una certa temperatura, 0,1 mol di H 2 e 0,1 mol di I 2 vengono posti in un recipiente da un litro. Dopo un certo tempo viene raggiunto un equilibrio: H 2(g) I 2(g) i 2HI (g) Dalla diminuzione dell intensità del colore viola di I 2 determini che la concentrazione di I 2 all equilibrio si è ridotta a 0,02 mol/l. Calcola il valore di K eq per questa reazione a questa temperatura. K eq = 64 4 Il principio di Le Châtelier 25 Il catalizzatore modifica la costante di equilibrio? no 26 Se nella seguente reazione N 2(g) O 2(g) i 2NO (g) 43,2 kcal aumenti la pressione, che cosa accade al numero di moli di NO? Rimane uguale. 2

3 27 Se la pressione totale cresce, in che direzione si sposta l equilibrio 2SO 3(g) i 2SO 2(g) O 2(g)? verso sinistra 28 Data la seguente reazione, stabilisci in quale direzione si sposta l equilibrio, se l acqua viene allon- tanata a mano a mano che si forma: 4NH 3(g) 3O 2(g) i 2N 2(g) 6H 2 O (g) verso destra 29 La seguente reazione: 2CH 4(g) i C 2 H 6 (g) H 2(g) ha una K eq = 9, Questa reazione è favorita da un aumento della pressione? Perché? No; la reazione non comporta variazione nel numero di moli di sostanze gassose. 30 Se in un sistema all equilibrio si aggiunge un catalizzatore, il valore della costante di equilibrio a) diminuisce b) aumenta c) tende a zero d) resta lo stesso 31 Quale fattore può comportare lo spostamento dell equilibrio a destra o a sinistra di una reazione? a) la pressione per le reazioni in fase gassosa b) la temperatura c) la concentrazione d) tutte le precedenti risposte sono corrette 32 Quale effetto ha l aumento di temperatura in una reazione esotermica? a) l equilibrio si sposta verso destra b) non ha nessun effetto c) l equilibrio si sposta verso sinistra d) aumenta la concentrazione dei prodotti 33 Quali sono gli effetti di una diminuzione del volume su una reazione in fase gassosa all equilibrio? a) l equilibrio si sposta verso la formazione delle sostanze che occupano il volume maggiore b) l equilibrio si sposta sempre verso sinistra c) l equilibrio si sposta verso le sostanze che presentano il maggior numero di moli d) l equilibrio si sposta verso la formazione delle sostanze che occupano il volume minore 34 A una miscela che ha già raggiunto l equilibrio aggiungi un catalizzatore adatto. Quale descrizione è adeguata alla situazione che ottieni? a) Non si avranno variazioni né a livello macroscopico né a livello microscopico poiché il sistema aveva già raggiunto l equilibrio. b) Si ha un accelerazione della reazione diretta e l equilibrio si bilancia più verso i prodotti. c) Si ha un uguale incremento delle reazioni diretta e inversa, ma la posizione dell equilibrio resta invariata. d) La reazione può giungere a completamento, fino all esaurimento dei reagenti. 35 Considera la reazione: H 2(g) I 2(g) i 2HI (g) Mantenendo costante la temperatura e raddoppiando la pressione sul sistema all equilibrio a) varia la costante di equilibrio b) aumenta la quantità di HI c) aumenta la quantità di H 2 e di I 2 d) non si verifica nessun cambiamento nelle quantità dei tre gas 36 A un sistema all equilibrio si aggiunge un prodotto raddoppiandone la concentrazione. Che cosa accadrà alla velocità delle reazioni diretta e inversa? Perché il sistema raggiungerà un nuovo stato di equilibrio? L aggiunta di prodotto sposta l equilibrio verso sinistra perché la K eq è la stessa e la relazione K eq = [p] deve essere mantenuta. [r] Le velocità delle reazioni diretta e inversa cambiano fino a raggiungimento del nuovo equilibrio, quando saranno nuovamente uguali. r I p; nuovo equilibrio r I p. 37 Nel sistema all equilibrio A B i AB calore, elenca tre metodi che consentano di far aumentare la concentrazione di AB. 38 La seguente reazione: calore CO (g) H 2 O (g) i CO 2(g) H 2(g) è all equilibrio. Q + CO (g) + H 2 O (g) I CO 2(g) + H 2(g) In quale direzione viene spostata la posizione dell equilibrio dai seguenti cambiamenti? a) aggiunta di CO spostamento a destra per aggiunta di CO b) aggiunta di H 2 spostamento a sinistra per aggiunta di H 2 c) rimozione di H 2 O spostamento a sinistra per rimozione di H 2 O d) aumento della temperatura spostamento a destra per aumento di T (endotermico) e) aggiunta di catalizzatore nessuno spostamento per effetto del catalizzatore 39 Per la seguente reazione endotermica (ΔH = 565 kj): CO 2(g) C (s) i 2CO (g) la costante d equilibrio è 1,6 a 1000 C. Alla temperatura di 850 C la costante d equilibrio K eq è maggiore o minore di 1,6? minore 3

4 Capitolo 216 Le L equilibrio trasformazioni chimico fisiche della materia 5 L equilibrio di solubilità 40 Una soluzione satura di cromato d argento, Ag 2 CrO 4, si dissocia secondo l equazione: Ag 2 CrO 4(s) i 2Ag 2 (aq) CrO 4 (aq) In quale direzione si sposta l equilibrio, se aggiungiamo Ag 2 CrO 4 solido? da nessuna parte 41 Che cosa si intende per prodotto di solubilità? a) È la costante di equilibrio di una soluzione satura di un solido ionico poco solubile. b) È la costante di equilibrio di una reazione in fase gassosa. c) È il rapporto fra le concentrazioni dei composti allo stato solido e di quelli in soluzione. d) Tutte le precedenti risposte sono corrette. 42 Scrivi l espressione del prodotto di solubilità per i seguenti composti. a) Ca(OH) 2 K ps = [Ca 2+ ] [OH ] 2 b) BaCO 3 K ps = [Ba 2+ ] [CO 2 3 ] ESERCIZI c) Ca 3 (PO 4 ) 2 K ps = [Ca 2+ ] 3 [PO 3 4 ] 2 d) MgNH 4 PO 4 K ps = [Mg 2+ ] [NH + 4] [PO 3 4 ] 43 La solubilità dell ossigeno nell acqua diminuisce con l aumentare della temperatura. 44 Il processo di solubilizzazione dell ossigeno è endotermico o esotermico? esotermico In una soluzione satura di Ag 2SO 4 si è stabilito il seguente equilibrio: Ag 2 SO 4(s) i 2Ag 2 (aq) SO 4 (aq) Se elimini il corpo di fondo mediante filtrazione, avrai ancora uno stato di equilibrio? sì 45 Come si applica il principio dell equilibrio mobile agli equilibri di solubilità? 46 Che cosa accade se a una soluzione satura di CaS, in presenza del corpo di fondo, aggiungi un sale solubile di calcio? L equilibrio si sposta verso sinistra e precipita altro CaS. Review 1 Considera la seguente reazione: CO (g) 3H 2(g) O CH 4(g) H 2 O (g) 2 All equilibrio e a una data temperatura, le concentrazioni dei gas sono le seguenti: [CO] 0,50 M [H 2 ] 0,26 M [CH 4 ] 0,15 M [H 2 O] 0,23 M Calcola il valore della costante di equilibrio a quella temperatura. 3,93 For a certain reaction A O B, K eq 1,2. Does the reaction probably favor formation of reactants or formation of products? Nessuno dei due è favorito. 3 Se fai gorgogliare HCl gassoso in una soluzione satura di NaCl noti la formazione di un precipitato di NaCl. Come puoi interpretare il fenomeno? 4 All equilibrio, per la seguente reazione: 2NH 3(g) O 3H 2(g) N 2(g) K eq 128,56. Determina la concentrazione all equilibrio dell ammoniaca sapendo che la concentrazione dell azoto è 0,19 M e quella dell idrogeno è 0,56 M. 0,016 M 5 Per prevenire la carie dentaria l acqua potabile è addizionata di fluoro (come ione fluoruro) in concentrazione pari a circa M. La concentrazione di ioni calcio nell acqua è circa M. Vi è la possibilità che CaF 2 (K ps ) precipiti rendendo vano il trattamento? No, CaF 2 non precipita. 6 Il valore della K eq della reazione N 2(g) 3H 2(g) i i 2NH 3(g) a 500 K vale 60,7. Una miscela presenta le seguenti concentrazioni molari a 500 K: [N 2 ] 0,0022 M, [H 2 ] 0, M e [NH 3 ] 0,0112 M. Si tratta di una miscela all equilibrio? Se la risposta è negativa sai dire se è presente un eccesso di prodotti o di reagenti? Per raggiungere l equilibrio si formerà altra ammoniaca o l ammoniaca presente in eccesso darà origine ad azoto e ossigeno? No, è presente un eccesso di ammoniaca; la reazione va verso i reagenti. 7 Determine the equilibrium concentrations of H 3 O and HCO 3 in a solution of carbonic acid at 25 C in which [H 2 CO 3 ] 0,027 M, K eq 4, and H 2 CO 3(aq) H 2 O (l) O H 3 O (aq) HCO 3 (aq). [H 3 O + ] = [HCO 3 ] = 1, M [H 2 CO 3 ] = 0,027 M 4

5 8 Calcola il numero di moli di carbonato di bario, BaCO 3, disciolte in un litro di soluzione satura sapendo che K ps 1, Determina poi la solubilità del carbonato in g/l. 4, M; 8, g/l 9 Il processo industriale per la sintesi dell ammoniaca (NH 3 ) a partire da N 2 e H 2 si svolge a temperature comprese tra 300 C e 550 C e a pressioni che possono andare da 100 a 250 atm. 10 Scrivi la reazione bilanciata e l espressione per K c e K p. N 2(g) + 3H 2(g) I 2NH 3(g) [NH K c = 3 ] 2 [N 2 ] [H 2 ] 3 K p = [pnh 3 ] 2 [pn 2 ] [ph 2 ] 3 Il valore del ΔH della reazione è pari a 92,22 kj/mol. La reazione sarà favorita ad alta o a bassa temperatura? H = 92,22 kj/mol, la reazione è esotermica quindi è favorita a basse temperature Il processo industriale utilizza un catalizzatore per aumentare la velocità di reazione; perché non aumenta la temperatura di reazione? L aumento della temperatura non favorisce la reazione. Se si aumenta la pressione, l equilibrio si sposta verso i prodotti o verso i reagenti? L aumento di pressione sposta la reazione verso i prodotti. Calculate the solubility product constant K ps if the Hg 2 concentration in a saturated solution is 1, M. INVESTIGARE INSIEME Hai a disposizione una soluzione di FeCl 3 0,01 M e una di KSCN 0,01 M. Mescola insieme ai tuoi compagni 30 ml di ciascuna soluzione in una beuta. Gli ioni SCN sono di colore rosso. Suddividi il miscuglio colorato in quattro provette (A, B, C, D). In questa esperienza osserva come agiscono sull equilibrio i reagenti e i prodotti della reazione: FeCl 3(aq) KSCN (aq) i Fe(SCN) 2 (aq) K (aq) 3Cl (aq) La provetta A servirà per il confronto degli spostamenti dell equilibrio chimico. Aggiungi alla provetta B una spatolata di FeCl 3 6H 2 O solido e agita. In che direzione si sposta l equilibrio chimico? Aggiungi alla provetta C una spatolata di KSCN solido. In che direzione si sposta l equilibrio? Aggiungi alla provetta D due spatolate di sale da cucina (NaCl) e agita. In che direzione si sposta l equilibrio? DICTIONARY to favor: favorire online.zanichelli.it/esploriamolachimica LE COMPETENZE DEL CHIMICO 19 esercizi riassuntivi (capitoli 15-16) 5