LISTA 7. Równowaga chemiczna. Równowagi w fazie gazowej

LISTA 7. Równowaga chemiczna. Równowagi w fazie gazowej. Obliczanie
składów i stężeń równowagowych dla reakcji w fazie gazowej. Obliczanie
stałej równowagi reakcji w fazie gazowej.
Uwaga: należy stosować formalizm standaryzowanych
równowagi (tj. niezależnych od jednostek ciśnienia i stężeń).
stałych
Literatura:
1. W. Ufnalski, Podstawy obliczeń chemicznych z programami
komputerowymi, WNT Warszawa 1999
2. L. Jones, P. Atkins, “Chemia ogólna”, PWN Warszawa 2004, 2010
1. Zmieszano 4,0 mol chloru i 2,0 mol wody. W temperaturze 600 C w stanie
równowagi reakcji:
2 H2O(g) + 2 Cl2(g)  4 HCl(g) + O2(g)
układ zawierał 3,0 mol chlorowodoru. Oblicz skład mieszaniny równowagowej
w procentach wagowych, objętościowych oraz stałą równowagi Kx.
(Odp. %HCl = 34,2%wag; 44,4%obj; Kx = 5,75)
2. W zbiorniku o objętości 1 dm 3 znajduje się w stanie równowagi mieszanina
gazowa, zawierająca 2 mole butanu i 5 moli izobutanu. Oblicz stałą
równowagi reakcji butan(g)  izobutan(g). Jaki będzie skład mieszaniny, jeśli
do zbiornika wprowadzone zostaną dodatkowo 2 mole butanu i układ
ponownie osiągnie stan równowagi? (Odp. Kc = Kx = Kp = 2,5; 2,57 mol butanu
i 6,43 mol izobutanu)
3. Sporządzono mieszaninę 2,0 moli wody z dwukrotnym nadmiarem tlenku
węgla(II) oraz 1,0 mol wodoru i pozostawiono w temperaturze 600 C do
osiągnięcia stanu równowagi reakcji:
CO(g) + H2O(g)  CO2(g + H2(g)
Stała równowagi tej reakcji Kc = 4,7610-2. Oblicz skład mieszaniny równowagowej wyrażony liczbą moli jej składników oraz stopień przereagowania CO.
(Odp. n(CO) = 3,75 mol; n(H2O) = 1,75 mol; n(CO2) = 0,25 mol; n(H2) = 1,250
mol; stopień przereagowania CO = 6,25%)
4. W temperaturze 407 K dla reakcji N2O4(g)  2 NO2(g) wartość stałej
równowagi Kc wynosi 2,00. Do naczynia wprowadzono 1 mol N2O4 i ogrzano
go do temperatury 407 K. Oblicz stężenia składników w stanie równowagi
oraz stopień dysocjacji N2O4, zakładając że zbiornik ma pojemność a) 1,0
3
3
dm ; b) 10,0 dm . Sformułuj wniosek dotyczący wpływu ciśnienia na stan
równowagi tej reakcji. (Odp. a) [NO2] = 1 M, [N2O4] = 0,5 M,  = 50,0%; b)
[NO2] = 0,171 M, [N2O4] = 0,0146 M,  = 85,4%)
5. Stała równowagi reakcji 2 H2O(g)  2 H2(g) + O2(g) w temperaturze 500 C
-29
ma wartość Kx = 3,810 . Do zbiornika wprowadzono 1 mol wody i ogrzano
go do temperatury 500 C. Oblicz, ile moli wodoru i tlenu znajdowało się w
zbiorniku po osiągnięciu stanu równowagi. [Wskazówka: mała wartość stałej
równowagi wskazuje, że można zaniedbać zmiany ilości moli wody.] (Odp.
-10
-10
n(H2) = 4,210 mola, n(O2) = 2,110 mola)
6. Oblicz skład mieszaniny gazów w stanie równowagi w reakcji:
H2(g) + I2(g)  2 HI(g)
Wiadomo, że do reakcji użyto 1,00 mol wodoru, 3,00 mol jodu i 4,00 mol
jodowodoru. Stała równowagi Kc tej reakcji wynosi 50.
(Odp. n(H2) = 0,264 mol, n(I2) = 2,264 mol, n(HI) = 5,472 mol)
7. W kolbie o pojemności 0,5 dm3 umieszczono 0,25 mola PCl5 i ogrzano do
temperatury 540 K. Po osiągnięciu stanu równowagi ciśnienie całkowite
panujące w kolbie wynosiło 2,8 MPa. Oblicz wartość stężeniowej stałej
równowagi reakcji
PCl5(g)  PCl3(g) + Cl2(g)
w tej temperaturze. (Odp. Kc = 0,041)
8. Sporządzono mieszaninę azotu i wodoru w stosunku molowym 1 : 3. Po
osiągnięciu stanu równowagi reakcji:
N2(g) + 3H2(g)  2NH3(g)
w temperaturze 300 C i pod ciśnieniem całkowitym 30 atm procent
objętościowy amoniaku w mieszaninie równowagowej wynosił 17,8%. Oblicz
-4
wartość stałej równowagi Kp tej reakcji. (Odp. Kp = 7,210 )
1
9. W temperaturze 1120K stężeniowa stała równowagi reakcji
2NO2(g)  2NO(g) + O2(g)
wynosi Kc = 3,16. W reaktorze o stałej objętości ogrzewano w 1120 K czysty
dwutlenek azotu. Po osiągnięciu równowagi stężenie równowagowe NO 2 było
3
równe 2,00 mol/dm . Oblicz stężenie początkowe NO2 oraz stężenia
równowagowe NO i O2.
(Odp. [NO2]pocz. = 4,93 mol/dm3; [NO]równ. = 2,93 mol/dm3; [O2]równ. = 1,47
mol/dm3)
10. Gęstość mieszaniny równowagowej zawierającej N2O4(g) i NO2(g) pod
3
ciśnieniem 1,0 atm i w temperaturze 348 K wynosi 1,84 g/dm .
Oblicz stałą równowagi Kp reakcji
N2O4(g)  2 NO2(g)
(Odp. Kp = 5,14)
2