SZYBKOŚĆ REAKCJI CHEMICZNYCH. RÓWNOWAGA CHEMICZNA

SZYBKOŚĆ REAKCJI CHEMICZNYCH. RÓWNOWAGA CHEMICZNA Zadania dla studentów ze skryptu ,,Obliczenia z chemii ogólnej” Wydawnictwa Uniwersytetu Gdańskiego 1. Reakcja między substancjami A i B zachodzi według równania 2A + B = C. Stężenie substancji A wynosi 1 mol/dm3, substancji B – 2 mol/dm3. Zakładając, że równanie kinetyczne tej reakcji odpowiada stechiometrycznemu, oblicz, jak zmieni się szybkość reakcji tworzenia produktu C, gdy stężenie A zmaleje o 0,8 mol/dm3. 2. Wodór reaguje z jodem w fazie gazowej według równania: H2 + I2 = 2HI. Zmieszano 2 mole wodoru z 3 molami jodu. Ile razy większa będzie szybkość tworzenia jodowodoru w chwili jej rozpoczęcia niż w chwili, gdy przereaguje połowa wodoru? Równanie kinetyczne tej reakcji jest następujące: V = k * C H2 * CI2. 3. Reakcja między ozonem i tlenkiem azotu w zanieczyszczonym powietrzu zachodzi według równania: O3 (g) + NO (g) = O2 (g) + NO2 (g). Jej szybkość jest określona wzorem V = k * C 03 * C NO. Oblicz: a) szybkość tej reakcji w temp. 310 K, jeżeli k = 3 * 106 M-­‐1 s-­‐1, początkowe stężenie ozonu jest równe 2,04 * 10-­‐5 M, a dla tlenku azotu wynosi 5 * 10-­‐5 M; b) liczbę moli NO2 powstających w ciągu godziny w 1 dm3 powietrza zakładając, że stężenia substratów tej reakcji pozostają stałe. 4. Podaj wyrażenia na stałą równowagi Kc następujących reakcji: a) C2H4 (g) + H2 (g) = C2H6 (g) b) SO3 (g) + 6HF (g) = SF6 (g) + 3H2O (g) c) 2NO (g) + Cl2 (g) = 2NOCl (g) d) C (s) + H2O (g) = CO (g) + H2 (g) e) CO (g) + 2H2 (g) = CH3OH (g) f) Fe (s) + H2O (g) = Fe3O4 (s) + H2 (g) g) Ni (s) + 4CO (g) = Ni(CO)4 (g) h) 5CO (g) + I2O3 (s) = I2 (g) + 5CO2 (g) i) Ca(HCO3)2 (aq) = CaCO3 (s) + H2O (c) + CO2 (g) 5. Przeprowadzono reakcję: 2SO2 (g) + O2 (g) = 2SO3 (g) i stwierdzono, że układ w stanie równowagi zawierał: 0,2 mola SO2, 0,3 mola O2 i 0,5 mola SO3. Czy na podstawie tych danych można obliczyć wartość stałej KC? 6. Przedyskutuj jakościowo, jakie warunki temperatury i ciśnienia będą sprzyjały zwiększeniu wydajności Cl2 w reakcji: 4HCl (g) + O2 (g) = 2H2O (g) + 2Cl2 (g), ΔH<0. 7. Amoniak reaguje z tlenem według reakcji: 4NH3 (g) + 5O2 (g) = 4NO (g) + 6H2O (g), ΔH<0. Jeżeli powyższe gazy będą w stanie równowagi, jakie będą zmiany: a) ciśnienia, jeżeli wprowadzimy katalizator; b) temperatury zamkniętego układu, gdy wprowadzimy dodatkowe ilości tlenu; c) wydajności tlenku azotu, jeżeli podwyższymy temperaturę? 8. Chlorek fosforu (V) w podwyższonej temperaturze ulega rozkładowi według równania: PCl5 (g) = PCl3 (g) + Cl2 (g). Jak wpłynie zwiększenie ciśnienia na: a) stopień rozpadu PCl5; b) ciśnienie cząstkowe chloru w stanie równowagi? 9. W pewnej temperaturze wartości stałej równowagi Kp reakcji: CO2 (g) = CO (g) + ½ O2 (g) jest równa 10-­‐3. Oblicz wartość stałej Kp reakcji: 2CO2 (g) = 2CO (g) + O2 (g) w tej samej temperaturze. 10. Znane są wartości stałych równowagi Kc następujących reakcji: I.
C (s) + CO2 (g) = 2CO (g) II.
CO2 (g) + H2 (g) = CO (g) + H2O (g) Jak na tej podstawie obliczyć wartość stałej równowagi reakcji: III.
C (s) + H2O (g) = CO (g) + H2 (g) w tej samej temperaturze? Zależność wyprowadź na wzorze ogólnym. 11. Znane są wartości stałych równowagi Kc następujących reakcji: I. 2FeO (s) = 2Fe (s) + O2 (g) i II. 2H2 (g) + O2 (g) = 2H2O (g) Jak na tej podstawie obliczyć wartość stałej równowagi reakcji: IV.
FeO (s) + H2 (g) = Fe (s) + H2O (g) w tej samej temperaturze? Zależność wyprowadź na wzorze ogólnym. 12. Ciśnienie tlenu powstającego w reakcji: 2BaO2 (s) = 2BaO (s) + O2 (g) w temperaturze 970 K wynosi 8714 Pa. Czy w tej temperaturze tlenek baru będzie wiązał tlen z powietrza pod ciśnieniem 1,013 * 105 Pa, czy będzie zachodziła reakcja rozkładu nadtlenku baru? (Przyjmij, że procent objętościowy tlenu w powietrzu wynosi 21). 13. Ciśnienie dwutlenku węgla powstającego w wyniku reakcji rozkładu: CaCO3 (s) = CaO (s) + CO2 (g) przyjmuje w zależności od temperatury następujące wartości: t (0C) 600 800 840 880 910 p co2 * 10-­‐5 (Pa) 0,013 0,240 0,427 0,774 1,337 Powyżej jakiej temperatury należy ogrzać CaCO3, aby mógł on rozłożyć się w powietrzu zawierającym 3% objętościowych CO2, (ciśnienie powietrza = 1,013 * 105 Pa). 14. Równowaga reakcji: H2 (g) + I2 (g) = 2HI (g) ustaliła się przy następujących stężeniach substancji: [H2] = 0,3 M, [I2] = 0,08 M, [HI] = 1,0 M. Oblicz początkowe stężenia wodoru i jodu. 15. Ogrzano 3 mole jodu i 4 mole wodoru do osiągnięcia stanu równowagi reakcji ich syntezy, otrzymując 5,2 mola HI. Oblicz stałą równowagi Kc reakcji tworzenia jodowodoru. 16. Oblicz stężenia azotu i wodoru dla stanu równowagi reakcji: N2 (g) + 3H2 (g) = 2NH3 (g), jeżeli początkowe stężenia substratów były równe: 2 M i 6 M, a równowaga ustaliła się po przereagowaniu 20% początkowej ilości azotu. 17. Podczas ogrzewania 2 moli NO2 w zamkniętym naczyniu o pojemności 2 dm3 osiągnięto stan równowagi reakcji: 2NO2 (g) = 2NO (g) + O2 (g) i stwierdzono, że ilość NO2 zmniejszyła się do 0,4 mola. Oblicz wartość stałej równowagi Kc i stężenia produktów reakcji. 18. W temperaturze 298 K wprowadzono do naczynia tlen i tlenek azotu (I) o stężeniach odpowiednio 0,056 M i 0,02 M. Składniki te reagowały zgodnie z równaniem: 2N2O (g) + 3O2 (g) = 4NO2 (g). Po osiągnięciu stanu równowagi stężenie NO2 wyniosło 0,02 M. Oblicz stężenia równowagowe pozostałych reagentów oraz wartości Kc w tej temperaturze. 19. Chlor można otrzymać w reakcji utleniania chlorowodoru: 4HCl (g) + O2 (g) = 2H2O (g) + 2Cl2 (g) Po zmieszaniu 1 mola chlorowodoru i 0,5 mola tlenu w naczyniu utworzyło się 0,4 mola chloru w temperaturze 660 K i pod ciśnieniem 1,013 * 105 Pa. Oblicz Kp reakcji. 20. Jaki jest skład procentowy objętościowy mieszaniny gazów w stanie równowagi reakcji: FeO (s) + CO (g) = Fe (s) + CO2 (g) , jeżeli w temperaturze 1273 K stała równowagi Kc = 0,5. 21. Dla stanu równowagi przedstawionego w poprzednim zadaniu oblicz stężenia równowagowe CO i CO2, jeżeli ich początkowe stężenia wynoszą 0,01 M i 0,05 M. 22. Kwas octowy zmieszano z alkoholem etylowym w ilościach stechiometrycznych dla reakcji: CH3COOH (c) + C2H5OH (c) = CH3COOC2H5 (c) + H2O (c). Wydajność reakcji po ustaleniu się stanu równowagi wynosiła 60%. Oblicz stałą równowagi Kc. 23. Zmieszano 2 mole kwasu octowego z 2 molami octanu etylu i 3 molami wody. Ile moli alkoholu etylowego otrzymano, gdy reakcja podana poniżej osiągnęła stan równowagi, jeżeli stała tworzenia estru w warunkach doświadczenia jest równa 4? CH3COOH (c) + C2H5OH (c) = CH3COOC2H5 (c) + H2O (c). 24. Ile moli alkoholu etylowego należy dodać do 1 mola kwasu octowego do 1 mola kwasu octowego, aby w stanie równowagi otrzymać 0,9 mola estru? Stała równowagi reakcji estryfikacji: CH3COOH (c) + C2H5OH (c) = CH3COOC2H5 (c) + H2O (c) w warunkach doświadczenia jest równa 4. 25. Stała równowagi reakcji: 2HI (g) = H2 (g) + I2 (g) w temp. 718 K wynosi 0,02. Ile moli wodoru należy użyć na 1 mol jodu, aby 90% tego ostatniego przeprowadzić w HI? 26. Jakie ciśnienie ustali się w temp. 767 K jeśli ditlenek azotu dysocjuje w tej temperaturze w 60% według reakcji: 2NO2 (g) = 2NO (g) + O2 (g). Stała równowagi Kp w tej temperaturze jest równa 3,65 * 104 Pa. 27. Wartość stałej równowagi Kc reakcji: CO2 (g) + H2 (g) = CO (g) + H2O (g) w temp. 1023 K wynosi 1. Ile moli wodoru należy wziąć na 1 mol CO2, aby przereagowało 80% CO2? 28. Zmieszano 2 mole CO2 z 6 molami H2 i w temp. 1023 K osiągnięto stan równowagi reakcji opisanej w poprzednim zadaniu. Stała Kc = 1. Ile procent dwutlenku węgla ulegnie przemianie w tlenek węgla? 29. 7,36 g gazowej mieszaniny równowagowej N2O4 (g) = 2NO2 (g) zajmuje pod ciśnieniem 1,013 * 105 Pa i w temperaturze 300 K objętość 2,36 dm3. Oblicz procent objętościowy N2O4 w mieszaninie oraz wartości stałych Kx i Kc. 30. Oblicz stałą równowagi Kc reakcji: 4HCl (g) + O2 (g) = 2H2O (g) + 2Cl2 (g), korzystając z następujących danych: stężenia początkowe HCl, O2, H2O i Cl2 są odpowiednio równe 0,06 M, 0,03 M, 0,02 M, 0,08 M, stężenie równowagowe pary wodnej wynosi [H2O] = 0,04 M. 31. Dwusiarczek węgla jest otrzymany podczas ogrzewania węgla i siarki w reakcji: C (s) + S2 (g) = CS2 (g). Stała równowagi tej reakcji w temp. 900 K jest równa Kc = 9,4. Ile moli CS2 można otrzymać podczas ogrzewania 10 moli siarki z nadmiarem węgla w tej temperaturze? 32. Stała równowagi reakcji: CaCO3 (s) = CaO (s) + CO2 (g) w pewnej temperaturze wynosi Kc = 10-­‐3. W naczyniu o pojemności 10 dm3 umieszczono w tej temperaturze 1 mol CaCO3. Oblicz stopień przemiany CaCO3 w CaO oraz liczbę moli CO2 powstałą w wyniku przemiany. 33. W naczyniu o pojemności 10 dm3 umieszczono 40 g bromu i ogrzano do temp. 1756 K. Oblicz stopień dysocjacji bromu zgodnie z równaniem: Br2 (g) = 2Br (g), jeżeli stała równowagi Kc w tej temperaturze jest równa 4 * 10-­‐4. 34. W temperaturze 823 K i pod ciśnieniem 1,013 * 105 Pa stopień dysocjacji fosgenu w reakcji: COCl2 (g) = CO (g) + Cl2 (g) wynosi 77%. Oblicz wartości Kc i Kp tej reakcji w warunkach doświadczenia. 35. Oblicz wartość Kc reakcji: 2SO2 (g) + O2 (g) = 2SO3 (g) w temperaturze 853 K, jeżeli początkowe stężenia SO2 i O2 wynosiły 2 M i 1 M, a stopień przereagowania SO2 w tej temperaturze jest równy 95%. 36. Stała równowagi Kc reakcji: SO2 (g) + NO2 (g) = SO3 (g) + NO (g) w pewnej temperaturze jest równa 3. W różnych doświadczeniach mieszano gazy o podanych poniżej stężeniach początkowych. Dla poszczególnych przypadków oblicz stężenia równowagowe wszystkich składników układu: a) SO2 – 1M, NO2 – 2 M b) SO3 – 1 M, NO – 2 M c) SO2 – 1 M, NO2 – 2M, SO3 – 1 M, NO – 2 M. 37. W powietrzu pod wpływem wyładowań elektrycznych zachodzi reakcja: N2 (g) + O2 (g) = 2NO (g). Stała równowagi tej reakcji wynosi 0,1. Oblicz zawartość NO w powstałej mieszaninie w procentach objętościowych, zakładając, że zawartość tlenu w powietrzu wynosi 21%, a azotu 78%. 38. W procesie syntezy amoniaku, przy użyciu stechiometrycznych ilości substratów, stwierdzono, że pod ciśnieniem 106 Pa i w temperaturze 673 K w mieszaninie reakcyjnej tworzy się 4% objętościowych amoniaku. Oblicz wartość Kp reakcji w tych warunkach. 39. Stała równowagi reakcji: CO (g) + H2O (g) = CO2 (g) + H2 (g) w temp. 800 K wynosi 4. Mieszaninę o masie 100 g, zawierającą 56% wagowych CO i 44% H2O ogrzano do tej temperatury. Oblicz skład mieszaniny (w molach substancji) po osiągnięciu stanu równowagi oraz liczbę moli wodoru, jaką otrzyma się w tych warunkach z 1 kg pary wodnej. 40. Mieszanina gazów w stanie równowagi reakcji: 2SO2 (g) + O2 (g) = 2SO3 (g) zawiera 1 mol SO2, 0,25 mola O2 i 10 moli SO3. Gazy znajdują się w naczyniu o pojemności 2 dm3 w temp. 873 K. Oblicz, ile moli tlenu należy wprowadzić do układu w tej temperaturze, aby stężenie SO3 w stanie równowagi wzrosło do 5,2 mola/dm3? 41. W stanie równowagi reakcji: COCl2 (g) = CO (g) + Cl2 (g) stężenia składników wynoszą: [COCl2] = 0,5 M, [CO] = 0,4 M, [Cl2] = 0,25 M. Oblicz stężenia składników układu po przesunięcia równowagi na skutek 3-­‐krotnego zwiększenia stężenia chloru. 42. Do naczynia, w którym ustaliła się równowaga reakcji: C (s) + CO2 (g) = 2CO (g), wpuszczono CO2 w takiej ilości, że jego stężenie równowagowe wzrosło 2-­‐krotnie. Ile razy wzrośnie stężenie równowagowe CO? 43. Dla reakcji: 2SO2 (g) + O2 (g) = 2SO3 (g) w pewnej temperaturze stężenia równowagowe składników wyniosły: [SO2] = 1 M, [O2] = 2 M, [SO3] = 2 M. Następnie w tych samych warunkach objętości i temperatury dodano do układu tyle SO2, że jego stężenie równowagowe wyniosło 2 M. Oblicz stężenie powstałego SO3. 44. Reakcję: 2SO2 (g) + O2 (g) = 2SO3 (g) doprowadzono do temp. 1273 K do stanu równowagi. Stwierdzono, że równowagowe stężenia składników wynosiły wówczas: [SO2] = 1 M, [O2] = 3 M, [SO3] = 3 M. Następnie, nie zmieniając temperatury ani objętości układu, dodano pewną ilość SO2. Gdy układ powrócił do stanu równowagi stwierdzono, że [SO3] = 4 M. Oblicz stężenie dodanego SO2. 45. 7,62 g jodu i 0,08 g wodoru ogrzewano w zamkniętym naczyniu o objętości 2 dm3. Po ustaleniu się stanu równowagi reakcji: H2 (g) + I2 (g) = 2HI (g) naczynie zawierało 6,65 g HI. Jakie będzie stężenie wodoru w badanym układzie, jeżeli do mieszaniny doda się 2,54 g jodu i 0,02 g wodoru? 46. Podczas ogrzewania SnO2 z wodorem zachodzi reakcja: SnO2 (s) + 2H2 (g) = Sn (s) + 2H2O (g) Po ogrzaniu reagentów do temp. 773 K w zamkniętym naczyniu równowaga ustaliła się przy następujących stężeniach: [H2O] = [H2] = 0,25 M. Oblicz stężenia wodoru i pary wodnej w układzie po przesunięciu równowagi na skutek wprowadzenia 0,5 mola/dm3 wodoru.