ΘΕΜΑ: Δίνεται η αντίδραση:
N 2 ( 𝑔 ) + 3 H 2 ( 𝑔 ) ⇌ 2 NH 3 ( 𝑔 ) N 2 (g)+3H 2 (g)⇌2NH 3 (g) Σε δοχείο 2 L εισάγονται 2 mol Ν₂ και 6 mol Η₂. Αφού επέλθει ισορροπία, βρίσκονται 1 mol ΝΗ₃.
Να βρείτε τις συγκεντρώσεις όλων των ουσιών στην ισορροπία.
Να υπολογίσετε την σταθερά ισορροπίας 𝐾 𝑐 K c .
Πώς μεταβάλλεται η ισορροπία αν αυξηθεί η πίεση; Δικαιολογήστε
ΛΎΣΗ
ΘΕΜΑ
Δίνεται η αντίδραση: N2(g)+3H2(g)⇌2NH33(g)
Σε δοχειο 2L εισάγονται 2 mol N2 και 6 mol H2. Αφού επέλθει ισορροπία, βρίσκονται 1 mol NH3.
Επίλυση:
1. Να βρείτε τις συγκεντρώσεις όλων των ουσιών στην ισορροπία.
Αρχικά, κατασκευάζουμε έναν πίνακα μεταβολών (ICE table) για να παρακολουθήσουμε τις μεταβολές των moles των αντιδρώντων και των προϊόντων μέχρι να αποκατασταθεί η ισορροπία.
Η στοιχειομετρία της αντίδρασης είναι: N2(g)+3H2(g)⇌2NH33(g).
Μας δίνεται ότι στην ισορροπία βρίσκονται 1 mol NH3. Άρα: 2x=1 mol x=21=0.5 mol.
Τώρα μπορούμε να υπολογίσουμε τα moles όλων των ουσιών στην ισορροπία: Moles N2 στην ισορροπία: 2−x=2−0.5=1.5 mol. Moles H2 στην ισορροπία: 6−3x=6−3(0.5)=6−1.5=4.5 mol. Moles NH3 στην ισορροπία: 1 mol (δίνεται).
Ο όγκος του δοχείου είναι 2 L. Η συγκέντρωση κάθε ουσίας στην ισορροπία δίνεται από τον τύπο: Συγκέντρωση = Όγκος/Moles.
Συγκέντρωση N2 στην ισορροπία: [N2]=2 L1.5 mol=0.75 M. Συγκέντρωση H2 στην ισορροπία: [H2]=2 L4.5 mol=2.25 M. Συγκέντρωση NH33 στην ισορροπία: [NH3]=2 L1 mol=0.5 M.
Απάντηση 1: Οι συγκεντρώσεις όλων των ουσιών στην ισορροπία είναι: [N2]=0.75 M [H2]=2.25 M [NH3]=0.5 M
2. Να υπολογίσετε την σταθερά ισορροπίας Kc.
Η έκφραση της σταθεράς ισορροπίας Kc για την αντίδραση N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g) είναι: Kc=[N2][H2]3[NH3]2.
Αντικαθιστούμε τις συγκεντρώσεις στην ισορροπία που υπολογίσαμε: Kc=(0.75)(2.25)3(0.5)2.
Υπολογίζουμε τις τιμές: (0.5)2=0.25. (2.25)3=2.25×2.25×2.25=5.0625×2.25=11.390625. (0.75)×(11.390625)=8.54296875.
Kc=8.542968750.25≈0.02926.
Συνήθως δίνουμε την τιμή της σταθεράς ισορροπίας με 3 ή 4 δεκαδικά ψηφία.
Απάντηση 2: Η σταθερά ισορροπίας Kc είναι περίπου 0.0293.
3. Πώς μεταβάλλεται η ισορροπία αν αυξηθεί η πίεση; Δικαιολογήστε.
Η αντίδραση είναι: N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g). Οι συντελεστές των αερίων αντιδρώντων είναι 1(N2)+3(H2)=4 moles αερίου. Οι συντελεστές των αερίων προϊόντων είναι 2(NH3)=2 moles αερίου.
Σύμφωνα με την Αρχή Le Chatelier, αν επέλθει μεταβολή σε ένα σύστημα που βρίσκεται σε χημική ισορροπία, η ισορροπία μετατοπίζεται προς την κατεύθυνση που αντιδρά στη μεταβολή. Η αύξηση της ολικής πίεσης σε ένα αέριο σύστημα σε ισορροπία αποτελεί μία τέτοια μεταβολή.
Το σύστημα μπορεί να αντιδράσει στην αύξηση της πίεσης μετατοπιζομενο προς την κατεύθυνση που μειώνεται ο συνολικός αριθμός moles αερίου. Στην αντίδραση σύνθεσης της αμμωνίας, η αντίδραση προς τα δεξιά (σχηματισμός NH3) οδηγεί σε μείωση του αριθμού moles αερίου (από 4 σε 2), ενώ η αντίδραση προς τα αριστερά (διάσπαση NH3) οδηγεί σε αύξηση του αριθμού moles αερίου (από 2 σε 4).
Επομένως, αν αυξηθεί η πίεση, η ισορροπία θα μετατοπιστεί προς την κατεύθυνση με τον μικρότερο αριθμό moles αερίου, που είναι η προς τα δεξιά κατεύθυνση (προς τον σχηματισμό αμμωνίας).
Δικαιολόγηση: Η αύξηση της πίεσης στο σύστημα ευνοεί τη μετατόπιση της χημικής ισορροπίας προς την πλευρά (αντιδρώντων ή προϊόντων) που έχει μικρότερο συνολικό αριθμό moles αερίων, διότι έτσι μειώνεται ο συνολικός αριθμός μορίων αερίου και αντισταθμίζεται μερικώς η αύξηση της πίεσης. Στην συγκεκριμένη αντίδραση, η πλευρά των προϊόντων (NH3) έχει λιγότερα moles αερίου (2 moles) σε σύγκριση με την πλευρά των αντιδρώντων (N2+3H2, 4 moles).
Απάντηση 3: Αν αυξηθεί η πίεση, η ισορροπία θα μετατοπιστεί προς τα δεξιά (προς τον σχηματισμό NH3).
Δεν υπάρχουν σχόλια:
Δημοσίευση σχολίου