15 Equilibri chimici in fase gassosa

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1 15 Equilibri himii i fase gassosa roblemi risolti A) I u oteitore del volume di L a 7 C vegoo itrodotti 85 g di NH. Si stabilise il seguete equilibrio NH N + H Sapedo he la K vale 9. 10, alolare a) la oetrazioe delle speie himihe i equilibrio, la pressioe eseritata dalla misela gassosa all'equilibrio e la Kp; b) ome variao le oetrazioi e la pressioe della misela dopo aver lasiato he il sistema si espada, a temperatura ostate, da u volume di l a u volume di 8 L. a) Caloliamo la oetrazioe iiziale dell'ammoiaa W m [ NH ] iiz 1,5mol / l se idihiamo o X la oetrazioe dell'azoto all'equilibrio, dall'aalisi dei oeffiieti stehiometrii deduiamo he ogi X moli di NH he reagisoo se e formao X di N e X di H. Costruiamo ua tabella i ui ompaiao le oetrazioi iiziali e di equilibrio di tutte le speie himihe i fuzioe di X. iiziale [NH ] 1,5 1,5 - X [N ] 0 X [H ] 0 X Determiiamo ora il valore di X tramite la relazioe di Guldberg-Waage [ N ], [ H ] K [ NH ]

2 all'itero della quale sostituiamo i valori delle oetrazioi di equilibrio o quelli espressi i fuzioe di X he troviamo ella tabella preedete, otteedo 9, 10 X,( X ) ( 1, 5 - X ) estraedo la radie quadrata di etrambi i membri si ottiee la seguete equazioe di grado 5,196X 1,5- X, 16 he risolta forise il seguete valore X 0,585 mol/l. Sostitedo tale valore possiamo ora alolare le oetrazioi di equilibrio NH eq 1,5 - X 1,5 -. 0,585 0,08 mol/l N eq X 0,585 mol/l H eq X. 0,585 1,755 mol/l Caloliamo ora la pressioe totale all'equilibrio er la legge di Dalto sulle misele gassose, la pressioe totale è uguale alla somma delle pressioi parziali + + tot NH N H La pressioe parziale di iasu gas è alolabile tramite l'equazioe di stato dei gas perfetti. Ad esempio per l'ammoiaa essa è pari a NH RT M NH NH RT sostituedo i valori osì trovati per tutti e tre i gas ella relazioe di Dalto si ottiee ( ) ( ) tot M NH + M N + M H RT 0, , , 755, 0. 08, atm Caloliamo ora la Kp L ( ) ( ) Kp K RT 9, 10 0, 08, ,, 10 6 b) Caloliamo le uove oetrazioi di equilibrio e la pressioe dopo l'espasioe. Aumetare il volume del reipiete sigifia i pratia dimiuire la pressioe. er il priipio di Le Chatelier i dobbiamo attedere he il sistema modifihi il suo equilibrio spostadosi verso destra dove soo preseti u umero maggiore di moli. Rialoliamo la oetrazioe iiziale dell'ammoiaa he passa da 1,5 mol/l a W m [ NH ] iiz 0,65mol / l Rialoliamo ora le oetrazioi di equilibrio a partire da ua oetrazioe iiziale di NH pari a 0,65 mol/l iiziale [NH ] ,65 - X [N ] 0 X [H ] 0 X Determiiamo il valore di X tramite la relazioe di Guldberg-Waage 9, 10 X, ( X ) ( 0, 65- X ) Dopo aver estratto la radie quadrata e risolto l'equazioe di grado si ottiee il seguete valore X 0,0 mol/l

3 le uove oetrazioi di equilibrio sarao periò [NH] eq 0,65 - X 1,5 -. 0,0 0,01 mol/l [N] eq X 0,0 mol/l [H] eq X. 0,0 0,906 mol/l La peretuale di moli he hao reagito all'equilibrio è ora pari a X [ NH ] iiz 100 0, ,65 Metre quado il volume era di L tale peretuale risultava pari a X [ NH ] iiz 100 1, ,5 96,6% 9,6% Duque la dimiuzioe della pressioe ha spostato l'equilibrio verso destra (ua peretuale maggiore di moleole di NH hao ifatti reagito) La pressioe totale all'equilibrio è ora pari a ( ) ( ) tot MNH + MN + M H RT 0, 01+ 0, 0 + 0, 906, 0. 08, , 5atm B) I u reattore di 1 litro a 000 K vegoo itrodotti 57, g di CO e,6 g di H, Si stabilise il seguete equilibrio CO + H CO +H O Sapedo he a 000 K la K 0, alolare a) le oetrazioi di equilibrio b) ome variao le oetrazioi di equilibrio se vegoo itrodotti 7 g di CO ) ome variao le oetrazioi di equilibrio se la oetrazioe iiziale di H è M d) quale deve essere la oetrazioe iiziale di H affihè il vapor d'aqua he si forma sviluppi all'equilibrio ua pressioe parziale di 0 atm. Caloliamo la oetrazioe iiziale di CO e di H W [ CO ] iiz 1, mol / l m 57, 1 W [ H ] iiz 1, mol / l m,6 Idihiamo o X la oetrazioe di CO all'equilibrio e ostruiamo la seguete tabella 1 iiziale [CO ] 1, 1, - X [H ] 1, 1, - X [CO] 0 X [H O] 0 X Determiiamo il valore di X tramite la relazioe di Guldberg-Waage K [ CO][ H O] [ CO ][ H ] ( 1, - X ) Estraedo la radie quadrata di etrambi i membri e risolvedo si ottiee X X 0,88 mol/l

4 [CO ]eq [H ]eq 1, - X 1, - 0,88 0, mol/l [CO]eq [H O]eq X 0,88 mol/l b) Caloliamo ome variao le oetrazioi di equilibrio itroduedo 7 g di CO. Si tratta di aumetare la oetrazioe di u prodotto di reazioe e per il priipio di Le Chatelier i dovremmo attedere he l'equilibrio regredisa spostadosi a siistra. 7 g di CO orrispodoo a W/m 7/8 0,5 moli La uova tabella delle oetrazioi sarà iiziale Sriviamo la relazioe di equilibrio X X [CO ] 1, 1, - X [H ] 1, 1, - X [CO] 0,5 X + 0,5 [H O] 0 X ( + 0, 5) ( 1, - X ) si ottiee u'equazioe di grado he risolta da il seguete risultato X 0,8 mol/l Le uove oetrazioi di equilibrio divetao [CO ]eq 1, - X 1, - 0,8 0,57 mol/l [H ]eq 1, - X 1, - 0,8 0,57 mol/l [CO]eq X + 0,5 0,8 + 0,5 1,09 mol/l [H O]eq X 0,8 mol/l Come si può otare la oetrazioe dei reageti è aumetata (0,57 > 0,) rispetto al aso preedete: l'equilibrio si è spostato a siistra. ) aloliamo ome variao le oetrazioi di equilibrio se la oetrazioe iiziale di H e M azihè 1, M. Ci si deve attedere he, aumetado la oetrazioe di u reagete l'equilibrio si sposti verso destra. La uova tabella delle oetrazioi sarà iiziale Sriviamo la relazioe di equilibrio [CO ] 1, 1, - X [H ] - X [CO] 0 X [H O] 0 X risolvedo l'equazioe otteiamo X 1,0 mol/l Le uove oetrazioi di equilibrio divetao [CO ]eq 1, - X 1, - 1,0 0,58 mol/l [H ]eq - X - 1,0 0,958 mol/l [CO]eq X 1,0 1,0 mol/l [H O]eq X 1,0 mol/l X ( 1, - X )( - X ) Come si può otare la oetrazioe dei prodotti di reazioe è aumetata (1, > 0,88) rispetto al aso a): l'equilibrio si è spostato a destra. d) Caloliamo he oetrazioi iiziali devoo avere i reageti affihè il vapor d'aqua all'equilibrio sviluppi ua pressioe parziale di 0 atm.

5 Dalla equazioe di stato dei gas aloliamo he oetrazioe deve avere il vapor d'aqua per svilippare ua pressioe di 0 atm a 000 K da ui H O O RT M H HO RT H O 0 M H O 0,1mol / l RT 0,08, 000 Se la oetrazioe di equilibrio del vapor d'aqua è pari a 0,1 mol/l se e dedue he 0,1 mol/l di H e altrettate di CO hao reagito e devoo essere sottratte alle rispettive oetrazioi iiziali osto quidi pari ad Y la oetrazioe iiziale di H, le oetrazioi di equilibrio sarao iiziale [CO ] Y Y - 0,1 [H ] Y Y - 0,1 [CO] 0 0,1 [H O] 0 0,1 la relazioe di equilibrio diveta 01, ( Y - 01, ) he risolta forise il seguete valore Y 0,18 mol/l La oetrazioe iiziale dell'idrogeo deve quidi essere Y [H ]iiz 0,18 mol/l C) I u reipiete a 60 C vegoo itrodotti 18 g di N O e g di. Si stabilise il seguete equilibrio N O Sapedo he a 60 C la K 8, e he all'equilibrio la pressioe totale della misela è pari a 1,7 atm, alolare la pressioe parziale, la oetrazioe delle due speie himihe all'equilibrio e il volume del reipiete. Caloliamo la Kp della reazioe L - ( ) ( ) Kp K RT 8, 75, 10 0, 08,, 9 1 Caloliamo il umero di moli itrodotte W 18 N O N O 1, 5 mn O 9 W moli 0, 5moli m 6 osto pari ad X il umero di moli di ipoazotide N O he reagisoo, X sarao le moli di biossido di azoto he si formao. All'equilibrio sarao quidi preseti (1,5 - X) moli di N O (0,5 + X) moli di per u totale di (1,5 - X) + (0,5 + X) ( + X) moli Le frazioi molari di iasu gas e le rispettive pressioi parziali i fuzioe di X sarao periò

6 1,5 - X + X 1,5 - X N O N 1, 7 O,, N O tot tot + X 0,5 + X 0,5 + X 1, 7,, tot + X + X tot Utilizziamo le pressioi parziali ella relazioe di equilibrio espressa ome Kp Kp ( ) ( N O ) Ê 0, 5+ X ˆ Á, 1, 7 Ë + X, 9 15, - X, 17, + X Otteiamo u'equazioe di grado he, risolta, forise il seguete risultato: X 0,69 moli Sostituedo opportuamete il valore trovato possiamo determiare le frazioi molari e le pressioi parziali dei due gas all'equilibrio, he assumoo i segueti valori 1,5 - X N 0,01 O N 0,01 1,7 0, O,, tot + X 0,5 + X 0,699, 0,699, 1, X tot oihè le pressioi parziali all'equilibrio soo direttamete proporzioali alle rispettive oetrazioi di equilibrio, possiamo failmete alolare queste ultime o l'equazioe di stato dei gas perfetti da ui RT M RT 1,08 - M,76, 10 mol / l RT 0,08, e N O 0, - M N O 1,6, 10 mol / l RT 0,08, Caloliamo ora il volume del reipiete oihè all'equilibrio si formao omplessivamete +X + 0,69,69 moli e la pressioe totale è di 1,7 atmosfere, il volume sarà uguale a RT,69, 0.08, 50litri 1,7 Si oti he avedo alolato il volume le oetrazioi di equilibrio potevao essere determiate ahe: 1 1,5-0,69 / eq,5 - X 50 eq - [ N O ] 1,6, 10 mol l 50

7 0 0,5 + 1,8 / eq,5 + X 50 eq - [ ],76, 10 mol l 50 roblemi da risolvere 1. CO + H CO +H O A 110 C le oetrazioi di equilibrio delle diverse speie himihe soo le segueti: [CO ] [H ] [CO] 0,01M [H O] 0,0M Calolare la K. Cl 5 Cl +Cl Sapedo he la ostate di equilibrio a 00 C e' K 0,57 mol/l, alolare quati grammi di etaloruro rimagoo ideomposti all'equilibrio(g) i u reipiete di 0 L. La Coetrazioe iiziale del etaloruro e' 0, M Calolare ioltre la pressioe sviluppata dalla misela dei gas ua volta raggiuto l'equilibrio.. L'aido solfidrio a 1065 C si deompoe seodo la reazioe H S H + S Sapedo he la K 1, mol/l, alolare quati grammi di zolfo si formao all'equilibrio i u reipiete di 5 L i ui la oetrazioe iiziale di aido solfidrio era 0,7M. A 60 C la reazioe N O preseta K 8, mol/l. Se poiamo 50 g di N O gassoso i u reipiete di 1 L, quale sara' la pressioe sviluppata dai due gas all'equilibrio? 5. I u reipiete del volume di 1 L avviee la seguete reazioe: SbCl 5 (g) SbCl (g) + Cl (g) sapedo he a 1 C la Kp vale 0,8 atm, alolare quate moli di SbCl 5 o si deompogoo e soo preseti all'equilibrio se el reipiete vegoo iizialmete itrodotte, moli di SbCl I u reattore portato alla temperatura di 10 K avviee la reazioe C(s) + CO (g) CO(g) per la quale la ostate di equilibrio Kp vale,1 atm. Calolare la omposizioe peretuale della fase gassosa all'equilibrio se la pressioe totale è di 5 atm e la K alla temperatura data. 7. I u reipiete di L alla temperatura di 70 K avviee la seguete reazioe CO (g) + H (g) CO(g) + H O(g) Calolare la quatità i grammi di CO e H O preseti all'equilibrio se iizialmete soo preseti 88 g di CO e g di H. 8. I u reipiete ermetiamete hiuso del volume di 10 L soo stati itrodotti SO e O gassosi. Calolare la ostate K sapedo he all'equilibrio soo preseti 7 moli di SO, moli di SO e 91,5 moli di Nella reazioe H O(g) O (g) + H (g), a 17 C, la ostate di equilibrio vale Kp atm. Calolare la K. 10. I u reipiete di 5 L a 00 C viee itrodotta 1 mole di NH (g). Si produe la seguete reazioe NH N + H Dopo aver bilaiato, alolare K e Kp sapedo he all'equilibrio N 8, M. 11. I u reipiete di 5 L viee itrodotta 1 mole di N e 1 mole di O. Se si risalda la misela fio a 000 C, quate moli di si formerao sapedo he a quella temperatura K 0,1. 1. Data la reazioe N (g) + H (g) NH (g), alolare la K a 00 C, sapedo he i u reipiete di 5 L la misela dei tre gas all'equilibrio è formata da 1 mole di NH, 0,1 moli di N e moli di H.

8 1. I u reipiete di 10 L vegoo itrodotte 10 moli di N e 10 moli di. Calolare la oetrazioe delle speie himihe all'equilibrio per la reazioe N + O (K, ). 1. Il biossido di azoto è u gas i equilibrio o la sua forma dimera, l'ipoazotide, seodo il seguete equilibrio N O Calolare la K di tale reazioe, sapedo he dopo aver iizialmete itrodotto 9 g di biossido i u reipiete di 1 litro si trovao all'equilibrio 0,5 moli di N O. 15. Data la seguete reazioe: Br(g) (g) + Br (g) Calolare la Kp sapedo he a 5 C e ad ua pressioe di 0,5 atm (pressioe totale della misela di gas all'equilibrio) il bromuro di itrosile (Br) è dissoiato al %. 16. Data la seguete reazioe CO(g) + H O(g) CO (g) + H (g) la ui ostate di equilibrio a 986 C vale 0,6; alolare la oetrazioe di equilibrio dell'idrogeo e la pressioe parziale di iasu gas, se ua misela iizialmete omposta di 1 mole di vapor d'aqua e da moli di CO, raggiuge il suo equilibrio ad ua pressioe totale di atmosfere. Calolare ioltre il volume del reipiete e la molarità del vapor d'aqua all'equilibrio. 17. Le ostati di equilibrio Kp delle segueti rezioi vegoo date a 0 C SrCl. 6H O(s) SrCl. H O(s) + H O(g) Kp 6, atm Na HO. 1H O(s) Na HO. 7H O(s) + 5H O(g) Kp 5, atm 5 Na SO. 10H O(s) Na SO (s) + 10H O(g) Kp atm 10 Sapedo he la tesioe di vapore dell'aqua a 0 C è di 58 mm, alolare: a) la tesioe di vapore dell'aqua i equilibrio a 0 C o i tre sali; b) quale dei tre sali reageti è il disidratate più effiae; ) per quali valori di umidità relativa dell'aria Na SO. 10H 0 diveta effloresete a 0 C. 18. A 7 C e 1 atm il 0% delle moleole di ipoazotide si trasformao i biossido di azoto seodo la reazioe N O Determiare la Kp e la K. Risposte 1. K. 58 g 19,65 atm. 1,6 g. 17,6 atm 5. 1, moli 6. 6,% CO e 5,6% CO K, mol/l 7. 18,66 g 1 g 8. 5, (mol/l) -1 9., mol/l 10. K 1,88 (mol/l) Kp 5,8. 10 atm 11. 0,7 moli 1. 9,6 (mol/l) - 1. N 1,75 M O 0,75 M M 1. 0,5 (mol/l) , atm 16. 0,68 moli di H CO 1,16 atm HO 0,16 atm CO H 0, atm 06,5 L H Oeq 1,55 - M 17. a) 1, mm;,66 mm;,77 mm b) SrCl. H O poihè possiede la pressioe di vapor d'aqua (1, mm) più bassa ) iferiori a 60,5% (,77/58) 18. Kp 0,17 atm K 6,