Che materia stai cercando?

Anteprima

ESTRATTO DOCUMENTO

Il sistema, nella composizione per cui è calcolato Q ,

C

non è stabile (non equilibrio) e quindi evolverà per

raggiungere una composizione stabile (equilibrio), per

cui: Q K

Æ

C C

Se Q > K la reazione procede verso sinistra

C C

< K la reazione procede verso destra

Se Q C C

= K la reazione è all ’

equilibrio

Se Q C C

Esempio: Un recipiente di 50 L contiene 1,00 mole di N ,

2

3,00 moli di H e 0,50 moli di NH . Sapendo che per questo

2 3

equilibrio (g) + 3H (g) 2NH (g)

N

2 2 3

=0,500 a 400°C, stabilire in che direzione si sposta la

K

C

reazione

Si calcolano prima le concentrazioni

1

, 00 mol 3

, 00 mol

= = = =

N H

[ ] 0

,

0200 [ ] 0

, 0600

mol/L mol/L

2 2

50,0 L 50,0 L

0

,

500 mol

= =

NH mol/L

[ ] 0

,

0100

3 50,0 L 2

2 ( 0

, 0100 )

[NH ]

Si calcola Q = = =

3 i 23,1

Q

C C 3 3

[N ] [H ] (0,0200)(0

,0600)

2 i 2 i

Poiché Q =23,1 è maggiore di K =0,500 la reazione si

C C

sposta verso sinistra

Calcolo delle concentrazioni all ’

equilibrio

Il caso più semplice è quello in cui è nota K e tutte le

C

concentrazioni meno una che è ricavata dalla equazione di

.

definizione di K C

Esempio – Una miscela gassosa all’equilibrio contiene 0,30

moli di CO, 0,10 moli di H e 0,020 moli di H O oltre ad

2 2

per litro.

una quantità incognita di CH

4

Determinare la concentrazione di CH sapendo che la

4

reazione di equilibrio è (g) CH (g) + H O(g)

CO(g) + 3H

2 4 2

=3,92.

ed ha K

C

L’equazione che descrive la costante di equilibrio è

[

CH ] [H O]

= 4 2

K C 3

[

CO ] [H ]

2

Sostituendo i valori delle concentrazione e di K otteniamo

C

CH (0,020)

[ ]

= 4

3

,

92 3

0,30) (0,10)

( 3

3,92 (0,10) (0,30)

= =

[

CH ] 0,059 mol/L

4 (0,020)

Esempio – Tra N (g), H (g) e NO(g) si instaura il seguente

2 2

equilibrio a 25°C: (g) + H (g) 2NO(g)

N

2 2

=4,6·10 . Se all’equilibrio le pressioni parziali di N e

con K -31

P 2

sono pari a 1 atm, quale è la pressione parziale di NO?

H

2

L’equazione che descrive la costante di equilibrio è

2 2

P P

= −

⋅ =

NO 31 NO

K 4,6 10

P P P (

1

, 0) (1,0)

N H

2 2 −

⋅ 31

4,6 10 −

= = ⋅ 1

6

P 6,8 10

×

NO 1,0 1,0

I problemi di equilibrio più frequenti sono però quelli in cui

sono date le quantità iniziali di composti che si introducono in

(o la K ) e si devono

un recipiente di reazione, è nota la K C P

calcolare le quantità di reagenti e prodotti presenti

all’equillibrio.

Esempio – La reazione

CO(g) + H O(g) CO(g) + H (g)

2 2

ha una K di 0,58 a 1000°C. Se introduciamo inizialmente

C

1,00 moli di CO e 1,00 moli di H O in un pallone di 50,0

2

litri quante moli di ciascuna sostanza sono presenti nel

pallone ad equilibrio raggiunto?

Problemi di questo tipo si risolvono in tre stadi:

1. Si costruisce una tabella con le concentrazioni iniziali,

con le variazioni di concentrazione espresse tutte in

termini di una sola variabile x e con le concentrazioni

all’equilibrio.

2. Si sostituiscono le concentrazioni all’equilibrio, espresse

in termini di x nell’equazione per K ottenendo così

C

un’equazione algebrica in genere di 1° o di 2° grado.

3. Si risolve l’equazioni algebrica rispetto all’incognita x e

questa si sostituisce nell’espressione per i valori

all’equilibrio

Esempio – La reazione O(g) CO(g) + H (g)

CO(g) + H

2 2

ha una K di 0,58 a 1000°C. Se introduciamo inizialmente

C

1,00 moli di CO e 1,00 moli di H O in un pallone di 50,0

2

litri quante moli di ciascuna sostanza sono presenti nel

pallone ad equilibrio raggiunto?

Cominciamo prima di tutto con il calcolo delle concentrazioni:

1

,

00 mol

= = =

[

CO] [H O] 0

, 0200 M

0 2 0 50

,

0 L

Costruiamo ora la tabella descritta prima.

CO(g) + H O(g) CO (g) +H (g)

2 2 2

Conc. iniziali 0,0200 0,0200 0 0

Variazioni -x -x +x +x

Concentrazioni 0,0200-x 0,0200-x x +x

all’equilibrio

in cui x sono le moli per litro di CO che si formano e sono

2

legate alle altre moli formate o scomparse dai coefficienti

stechiometrici

Si sostituiscono poi le concentrazioni all’equilibrio nell’espressione

per K

C [

CO ] [H ] (x) (x)

= =

2 2

K 0,58

C [

CO ] [H O] (0,0200 - x)(0,0200 - x)

2 2

(x)

=

0,58 2

(0,0200 - x)

CO(g) + H O(g) CO (g) + H (g)

2 2 2

Conc. iniziali 0,0200 0,0200 0 0

Variazioni -x -x +x +x

Concentrazioni 0,0200-x 0,0200-x x x

all’equilibrio

Si risolve ora l’equazione precedente rispetto ad x. Eseguendo la

radice quadrata di entrambi i membri si ha:

x

± =

0,76 Due equazioni di 1° grado

0,0200 - x

da cui si ottengono due soluzioni:

x =0,0086

1

x =-0,063 fisicamente impossibile!

2

CO(g) + H O(g) CO (g) + H (g)

2 2 2

Conc. iniziali 0,0200 0,0200 0 0

Variazioni -x -x +x +x

Concentrazioni 0,0200-x 0,0200-x x x

all’equilibrio

Troviamo ora le concentrazioni all’equilibrio sostituendo il valore

di x all’interno dell’ultima riga della tabella:

[CO]=0,0200-x=0,0114 mol/L n =0,0114 mol/L·50,0L=0,57 mol

CO

[H O]=0,0200-x=0,0114 mol/L n =0,0114 mol/L·50,0L=0,57 mol

H2O

2 n =0,0086 mol/L·50,0L=0,43 mol

[CO ]= x = 0,0086 mol/L CO2

2 n =0,0086 mol/L·50,0L=0,43 mol

]= x = 0,0086 mol/L

[H H2

2

Problema: Data la seguente reazione:

H (g) + I (g) 2 HI(g) K =49,7

2 2 C

Quale è la composizione di equilibrio quando si fanno reagire

e 2,00 moli di I in un recipiente di 1,00 L ?

1,00 moli di H 2 2

H (g) + I (g) 2HI(g)

2 2

Conc. iniziali 1,00 2,00 0

Variazioni -x -x +2x

Concentrazioni 1,00-x 2,00-x +2x

all’equilibrio 2 2

[ (2x)

HI]

= =

49,7

K C (1,00 - x)(2,00 - x)

[H ][I ]

2 2

H (g) + I (g) 2HI(g)

2 2

Conc. iniziali 1,00 2,00 0

Variazioni -x -x +2x

Concentrazioni 1,00-x 2,00-x +2x

all’equilibrio

× = 2

49,7 (1,00 - x)(2,00 - x) 4 x

− + =

2

0,920 x 3,00 x 2,00 0 2,33 Impossibile!

±

3,00 9,00 - 7,36

= = ±

x 1,63 0,70

1,84 0,93

H (g) + I (g) 2HI(g)

2 2

Conc. iniziali 1,00 2,00 0

Variazioni -x -x +2x

Concentrazioni 1,00-x 2,00-x +2x

all’equilibrio

[H ]=1,00-x=1,00 – 0,93 = 0,07 mol/L

2

]=2,00-x=2,00-0,93 = 1,07 mol/L

[I

2

[HI]= 2x = 2×0,93 = 1,86 mol/L

In un recipiente inizialmente vuoto a 1000 K vengono inseriti una certa

(g). Si instaura il seguente equilibrio:

quantità di C(s) e 0,8 atm di CO 2 (g) 2 CO(g)

C(s) + CO

2

Ad equilibrio raggiunto si misura una pressione di CO pari a 0,96 atm.

Quale è il Kp della reazione?

A - 2,88

† B - 19,0

† C - 1,6×10 -2

† D - 0,287

†

La costante K della reazione è data da:

P 2

P

= CO

K P P

CO 2

Abbiamo solo la pressione di CO all’equilibrio, ma non di CO . Poiché i

2

dati che abbiamo non sono solo all’equilibrio, ma abbiamo le pressioni

iniziali, scriviamo la solita tabella:

C(s) + CO (g) 2CO(g)

2

Press. iniziali - 0,80 0

Variazioni - -x +2x

Pressioni - 0,80-x +2x

all’equilibrio

Noi però conosciamo il valore della pressione di CO ad equilibrio

raggiunto: 0,96 atm. Questa pressione nella nostra tabella in funzione

di x è stata scritta come +2x. Possiamo quindi uguagliare i due valori:

P =2x=0,96 x=0,48

CO

A questo punto possiamo calcolare la pressione di CO all’equilibrio:

2

P =0,80-x=0,80-0,48=0,32

CO2

Da cui: 2 2

P (0,96)

= = =

CO 2,88

K P (0,32)

P

CO 2

Principio di Le Chatelier

Si consideri una reazione chimica all’equilibrio. Se le

condizioni di reazione vengono modificate la reazione si

sposta dall’equilibrio e procede in una direzione o

nell’altra fino a raggiungere una nuova condizione di

equilibrio.

La direzione in cui la reazione si sposta può essere

prevista usando il principio di Le Chatelier

:

Quando un sistema all’equilibrio chimico viene

perturbato mediante una variazione delle

condizioni di reazione esso modifica la

propria composizione all’equilibrio in modo da

opporsi a tale variazione.

Noi considereremo tre modi di perturbare il sistema

chimico all’equilibrio:

1. Variazione delle concentrazioni, ovvero

l’allontanamento o l’aggiunta di un reagente o di

un prodotto

2. Variazione della pressione totale, in genere

cambiando il volume del recipiente

3. Variazione della temperatura

Variazione di concentrazione

Consideriamo la reazione

H (g) + I (g) 2 HI(g)

2 2

In una miscela all’equilibrio le concentrazioni sono tali che:

2

[ HI] =

eq K C

[H ] [I ]

2 eq 2 eq

Supponiamo ora di aggiungere HI alla miscela di reazione: la

concentrazione di HI aumenta da [HI] a

eq

= [HI] +[HI] > [HI] .

[HI] tot eq agg. eq

Di conseguenza il quoziente di reazione

2

[ HI]

= >

tot

Q K C

C [H ] [I ]

2 eq 2 eq

diventa maggiore di K e la reazione si sposta verso sinistra di

C

modo che del HI si trasforma in H e I : si noti che in questo

2 2

modo il sistema si oppone alla perturbazione che tendeva a far

aumentare [HI].

Nel caso invece che HI venga sottratto alla miscela si ha

[HI] < [HI] per cui Q <K e la reazione si sposta verso

tot eq C C

destra.

Lo stesso criterio può essere applicato per prevedere l’effetto

o I e conduce a risultati

dell’aggiunta o sottrazione di H

2 2

esattamente opposti.

L’aggiunta di un reagente o la sottrazione di un prodotto può

essere utile industrialmente per aumentare la resa di una

reazione spostata verso sinistra.

Ovviamente se una reazione ha una costante di equilibrio

estremamente piccola all’equilibrio risultano presenti quasi

esclusivamente i reagenti e non può essere spostato verso la

formazione dei prodotti addizionando un eccesso di uno dei

reagenti. Es.:

(g) + 2 H O(g) CH (g) + 2O (g) K =10

CO -140

2 2 4 2 C

L’addizione di biossido di carbonio nel recipiente di reazione

non ha effetto apprezzabile

Variazione di pressione

Una variazione di pressione può essere ottenuta mediante una

variazione del volume del recipiente di reazione.

Infatti per un gas ideale PV=costante e ad esempio

dimezzando il volume si raddoppia la pressione e viceversa.

Consideriamo la reazione:

(g) 2 CO(g)

C(s) + CO 2 2 2

CO]

[ P

= =

eq CO

K K

C P

[CO ] P

2 eq CO 2

e analizziamo l’effetto del raddoppio della pressione totale (o

dimezzamento del volume).

In seguito a tale variazione tutte le concentrazioni raddoppiano

[CO ]= 2 [CO ]

[CO]= 2 [CO] eq 2 2 eq

Quindi 2

2

( 2

[

CO] ) [

CO]

= = =

eq

eq

Q 2 2 K

C C

2[CO ] [CO ]

2 eq 2 eq

Poiché Q >K la reazione si sposta verso sinistra.

C C

In generale una reazione all’equilibrio in seguito

ad un aumento di pressione si sposta nella

direzione in cui diminuisce il numero di moli di

gas.

Esercizio: Come si sposta l’equilibrio in seguito ad un aumento

di pressione per le seguenti reazioni?

CO (g) + 3H (g) CH (g) + H O(g)

2 2 4 2

CO(g) + Cl (g) COCl (g)

2 2

2H S(g) 2H (g) + S (g)

2 2 2

C(s) + S (g) CS (g)

2 2

Problema: L’equilibrio

PCl (g) PCl (g) + Cl (g)

5 3 2

=0,0211 a T=160°C. Una miscela all’equilibrio ha

ha K

C

concentrazioni: [PCl ]=0,86M, [PCl ]=0,135M e [Cl ]=0,135M

5 3 2

Si dimezza il volume del recipiente di reazione. Calcolare le

concentrazioni delle tre specie una volta raggiunto il nuovo

equilibrio.

Calcoliamo le nuove concentrazioni: se dimezziamo il volume

dalla definizione di concentrazione (moli/volume) si ha che le

concentrazioni raddoppieranno, perciò

]=0,86×2=1,72 M [PCl ]=0,135×2=0,27 M [Cl ]=0,27 M

[PCl 5 3 2

Per il principio di Le Chatelier aumentando la pressione

(abbiamo diminuito il volume) l’equilibrio si sposta dove il

numero di moli di specie gassose diminuisce, in questo caso

verso sinistra.

Scriviamo la tabella

PCl (g) PCl (g) + Cl (g)

5 3 2

Conc. iniziali 1,72 0,27 0,27

Variazioni +x -x -x

Concentrazioni 1,72+x 0,27-x 0,27-x

all’equilibrio

[ PCl ][Cl ] (0,27 - x)(0,27 - x)

= =

3 2

K 0,0211 +

C [ PCl ] (1,72 x)

5

+ = − +

2

0,0363 0,0211 x x 0,54x 0,0729 0,486

− + =

2

x 0,561x 0,0366 0

± ±

0,561 0,315 - 0,146 0,561 0,411

= =

x 0,075

2 2

Scriviamo la tabella

PCl (g) PCl (g) + Cl (g)

5 3 2

Conc. iniziali 1,72 0,27 0,27

Variazioni +x -x -x

Concentrazioni 1,72+x 0,27-x 0,27-x

all’equilibrio

[PCl ]= 1,72+x =1,72+ 0,075 = 1,795 mol/L

5 ]= 0,27-x =0,27- 0,075 = 0,195 mol/L

[PCl 3

[Cl ]= 0,27-x =0,27- 0,075 = 0,195 mol/L

2


PAGINE

61

PESO

523.84 KB

AUTORE

Atreyu

PUBBLICATO

+1 anno fa


DETTAGLI
Corso di laurea: Corso di laurea magistrale in farmacia
SSD:
A.A.: 2011-2012

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher Atreyu di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di CHIMICA GENERALE ED INORGANICA e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Gabriele D'Annunzio - Unich o del prof Marrone Alessandro.

Acquista con carta o conto PayPal

Scarica il file tutte le volte che vuoi

Paga con un conto PayPal per usufruire della garanzia Soddisfatto o rimborsato

Recensioni
Ti è piaciuto questo appunto? Valutalo!

Altri appunti di Chimica generale ed inorganica

Cifre significative e notazione scientifica
Dispensa
Soluzioni e proprietà colligative
Dispensa
Reazioni di ossido-riduzione
Dispensa
Elettrochimica
Dispensa