ZADANIE DOMOWE – ZEBRANE ZADANKA UWAGA! Ten

DUŻE KOŁO CHEMICZNE 3GA 2012/2013
ZAJĘCIA 2: RÓWNOWAGI GAZOWE
opr. Anna Nowak, Kuba Skrzeczkowski
ZADANIE DOMOWE – ZEBRANE ZADANKA
UWAGA! Ten dokument nie łamie praw autorskich, a jedynie zbiera zadania domowe do zajęć w
GiLA. Wszystkie zadania zostały pobrane ze strony Olimpiady Chemicznej (www.olchem.edu.pl).
Ten dokument ma jedynie cel i charakter dydaktyczny!
UWAGA 2! Ponieważ nie mieliśmy jeszcze kursu termodynamiki, a w zadaniach pojawia się
wielkość zwana entalpią swobodną, ΔG proszę na razie bez większego rozumienia przyjąć, że
jest związana ze stałą równowagi Kp następującą zależnością: ΔG = - RT ln(Kp) (R to stała
gazowa, T to temperatura, której dotyczą obliczenia).
Zadanie 7A z etapu wstępnego 51 Olimpiady Chemicznej
Badano równowagę reakcji przebiegającej w fazie gazowej wg równania: A  2 B. Do kolby
kwarcowej o objętości V = 550 cm3 wprowadzono próbkę substancji A o masie mA = 1,034 g
i masie molowej MA = 132 g/mol. Układ termostatowano w temp. T = 423,15 K aż do ustalenia
się stanu równowagi. W stanie równowagi wartość ciśnienia wynosiła p = 518 Tr. Zakładając, że
w tych warunkach układ praktycznie spełnia równanie stanu gazu doskonałego, należy
wyznaczyć stałą równowagi i entalpię swobodną reakcji w temp. 423,15 K.
Zadanie 4 z I etapu 55 Olimpiady Chemicznej (bez punktu (d))
Do reaktora termostatowanego w temperaturze 298 K wprowadzono próbkę tetratlenku
diazotu o masie m = 0,4601 g. Reaktor ten jest tak skonstruowany, że objętość mieszaniny
reakcyjnej może ulegać zmianie, natomiast utrzymywane jest stałe ciśnienie p = 1000 hPa.
W warunkach prowadzenia eksperymentu część tetratlenku diazotu ulega odwracalnej
dysocjacji do tlenku azotu(IV). Gdy w reaktorze ustalił się stan równowagi zmierzono objętość
mieszaniny reakcyjnej i otrzymano wartość V = 0,1488 dm3.
Polecenia:
a. Napisz równanie reakcji dysocjacji tetratlenku diazotu.
b. Oblicz stopień dysocjacji tetratlenku diazotu w stanie równowagi.
c1. Oblicz wartość stałej równowagi dysocjacji tetratlenku diazotu w temperaturze 298 K.
(Pamiętaj, że stała równowagi reakcji jest bezwymiarowa).
c2. Oblicz wartość standardowej entalpii swobodnej ΔG0r(298K) tej reakcji.
Zadanie 3A z etapu wstępnego 59 Olimpiady Chemicznej
Do kwarcowego naczynia o pojemności V = 1054,7 cm3, z którego uprzednio wypompowano
powietrze, doprowadzano tlenek azotu NO w temperaturze T 1 = 297,0 K, aż do osiągnięcia
ciśnienia p1 = 241,3 mbar. Następnie do tego naczynia wprowadzono m = 0,7040 g bromu.
Temperatura mieszaniny zaczęła wzrastać z powodu zachodzącej w niej reakcji egzotermicznej.
DUŻE KOŁO CHEMICZNE 3GA 2012/2013
ZAJĘCIA 2: RÓWNOWAGI GAZOWE
opr. Anna Nowak, Kuba Skrzeczkowski
Po ustaleniu się równowagi temperatura w naczyniu wynosiła T2 = 323,7 K, a ciśnienie p2 = 308,2
mbar.
Polecenia:
a. Oblicz wartość stałej równowagi, Kp, reakcji rozkładu bromku nitrozylu NOBr na NO i gazowy
brom w temperaturze T2 = 323,7 K.
b. Oblicz wartość standardowej entalpii swobodnej, ΔG0, reakcji rozkładu bromku nitrozylu
NOBr na NO i gazowy brom w temperaturze T2 = 323,7 K.
c. Wyjaśnij krótko, co oznacza znak otrzymanej wartości ΔG0(ΔG0 < 0 lub ΔG0 > 0) i czy wynik jest
zgodny z obserwacją podaną w zadaniu.
Wskazówka: należy pominąć rozszerzalność termiczną naczynia, a gazy biorące udział w reakcji
traktować jako gazy doskonałe; jako ciśnienie standardowe należy przyjąć P0 = 1 bar.
Zadanie 3 z I etapu 59 Olimpiady Chemicznej
(UWAGA! Ostrzegam, że to bardzo zakręcone zadanie!)
Eksperyment przeprowadzono w stałej temperaturze równej 298,15 K. Z dwóch kolb K1 i K2
połączonych rurką, w której znajdowała się cienka szklana ścianka wypompowano powietrze. Do
kolby K1 o pojemności V1 = 1,1042 dm3 wprowadzono m = 1,2798 g N2O4. W kolbie ustaliła się
równowaga reakcji N2O4  2NO2, a ciśnienie wzrosło do p1 = 0,3994 bar. Wtedy kolbę K1
połączono z opróżnioną kolbą K2 o pojemności V2 = 1,1254 dm3 przez stłuczenie cienkiej ścianki
młoteczkiem magnetycznym i pozostawiono układ do ustalenia się nowej równowagi.
Polecenia:
a. (5 pkt.) Oblicz równowagowe ciśnienia cząstkowe N2O4 (pN2O4) i NO2 (pNO2). (R = 8,314 J/mol·K)
b. (3 pkt.) Oblicz stałą równowagi, Kp (T = 298,15 K) reakcji N2O4  2NO2.
c. (3 pkt) Oblicz jak zmieni się ciśnienie wyjściowe N2O4 po połączeniu kolb K1 i K2. Chodzi tu
o ciśnienie początkowe N2O4 - tak jakby eksperyment był od początku przeprowadzany
w układzie będącym połączeniem kolb K1 oraz K2 – przyp. red.
d. (9 pkt.) Oblicz jak zmienią się ciśnienia równowagowe N2O4 i NO2 oraz ciśnienie całkowite
w połączonych kolbach K1 i K2 w wyniku przesunięcia równowagi spowodowanego zmianą
objętości układu.
Wskazówka: Należy pominąć objętość rurki łączącej obie kolby, a gazy biorące udział w reakcji
traktować jako gazy doskonałe; jako ciśnienie standardowe należy przyjąć po = 1 bar = 105Pa =
103hPa.
Zadanie 3A z etapu wstępnego 58 Olimpiady Chemicznej
Rozważ przebiegającą w fazie gazowej reakcję opisaną równaniem: A + 2 B  2 C. W naczyniu
o objętości 2 dm3 zmieszano po 0,1 mol reagentów A i B. Układ termostatowano
w temperaturze T = 500 K do osiągnięcia stałej wartości ciśnienia p = 3,326 · 105Pa. Ciśnienie
standardowe wynosi po= 105Pa. Przyjmując, że w podanych warunkach układ zachowuje się jak
DUŻE KOŁO CHEMICZNE 3GA 2012/2013
ZAJĘCIA 2: RÓWNOWAGI GAZOWE
opr. Anna Nowak, Kuba Skrzeczkowski
gaz doskonały, oblicz następujące rzeczy:
a. skład mieszaniny wyrażony w ułamkach molowych;
b. bezwymiarową stałą równowagi K;
c. standardową entalpię swobodną reakcji ΔGo;
d. stopień przereagowania substratu A;
e. wartość jeśli początkowa ilość moli A nie ulegnie zmianie, a substrat B zostałby użyty:
I) w ilości stechiometrycznej;
II) w 2-krotnym nadmiarze.
Wskazówka: W ostatnim podpunkcie najprawdopodobniej będziecie musieli wyznaczyć
rozwiązanie z równania trzeciego stopnia. Proszę to równanie wpisać na stronie Wolphram
Alpha – dostaniecie gotowe rozwiązanie.
Zadanie 1 z XXVI Konkurs Politechniki Warszawskiej
Badano równowagę reakcji dysocjacji N2O4 w temperaturze 298 K: N2O4(g)  2 NO2(g) Wykonano
dwa doświadczenia. Do wyewakuowanego naczynia o pojemności V = 10 l wprowadzono: (a)
stały N2O4 (b) stały N2O4 i N2 w stosunku molowym 1:1. W stanie równowagi ciśnienie w
naczyniu wynosiło 40469 Pa. Standardowa entalpia swobodna reakcji ΔG°(298K) wynosi 4854
J/mol. Oblicz liczby moli wprowadzonych substratow i powstałego NO2 (w obydwu przypadkach,
(a) oraz (b) – przyp. red.).
Zadanie 3 z XXI Konkurs Politechniki Warszawskiej
W temperaturze 20 °C stała równowagi Kp reakcji: NH4HS (s)  NH3 (g) + H2S (g) wynosi 0,050. Do
kolby o pojemności 2,5 dm3, z której usunięto powietrze, wprowadzono 0,065 mola stałego
NH4HS. Oblicz następujące rzeczy:
(a) ile gramów NH4HS ulegnie rozkładowi do momentu ustalenia sie stanu równowagi,
(b)liczbę moli NH3, jaka należy dodatkowo wprowadzić do naczynia, aby tylko 2%mol NH4HS
uległo rozkładowi.
Zadanie 3 z XVIII Konkurs Politechniki Warszawskiej
W temperaturze 500 K stała równowagi reakcji PCl5 = Cl2 + PCl3 wynosi 0,333. Oblicz następujące
rzeczy:
a. stopień dysocjacji PCl5 w tej temperaturze, jeżeli w stanie równowagi w zbiorniku,
w którym zamknięto pewną ilość PCl5 ustala się ciśnienie 8,106 * 104 N/m2?
b. ciśnienie, jakie musi być, by stopień dysocjacji wynosił 0,7?