SZYBKOŚĆ REAKCJI CHEMICZNYCH. RÓWNOWAGA CHEMICZNA

Transkrypt

1 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/dm 3, substancji B 2 mol/dm 3. 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/dm Wodór reaguje z jodem w fazie gazowej według równania: H 2 + I 2 = 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 * C I2. 3. Reakcja między ozonem i tlenkiem azotu w zanieczyszczonym powietrzu zachodzi według równania: O 3 (g) + NO (g) = O 2 (g) + NO 2 (g). Jej szybkość jest określona wzorem V = k * C 03 * C NO. Oblicz: a) szybkość tej reakcji w temp. 310 K, jeżeli k = 3 * 10 6 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 NO 2 powstających w ciągu godziny w 1 dm 3 powietrza zakładając, że stężenia substratów tej reakcji pozostają stałe. 4. Podaj wyrażenia na stałą równowagi K c następujących reakcji: a) C 2H 4 (g) + H 2 (g) = C 2H 6 (g) b) SO 3 (g) + 6HF (g) = SF 6 (g) + 3H 2O (g) c) 2NO (g) + Cl 2 (g) = 2NOCl (g) d) C (s) + H 2O (g) = CO (g) + H 2 (g) e) CO (g) + 2H 2 (g) = CH 3OH (g) f) Fe (s) + H 2O (g) = Fe 3O 4 (s) + H 2 (g) g) Ni (s) + 4CO (g) = Ni(CO) 4 (g) h) 5CO (g) + I 2O 3 (s) = I 2 (g) + 5CO 2 (g) i) Ca(HCO 3) 2 (aq) = CaCO 3 (s) + H 2O (c) + CO 2 (g) 5. Przeprowadzono reakcję: 2SO 2 (g) + O 2 (g) = 2SO 3 (g) i stwierdzono, że układ w stanie równowagi zawierał: 0,2 mola SO 2, 0,3 mola O 2 i 0,5 mola SO 3. Czy na podstawie tych danych można obliczyć wartość stałej K C? 6. Przedyskutuj jakościowo, jakie warunki temperatury i ciśnienia będą sprzyjały zwiększeniu wydajności Cl 2 w reakcji: 4HCl (g) + O 2 (g) = 2H 2O (g) + 2Cl 2 (g), ΔH<0. 7. Amoniak reaguje z tlenem według reakcji: 4NH 3 (g) + 5O 2 (g) = 4NO (g) + 6H 2O (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?

2 8. Chlorek fosforu (V) w podwyższonej temperaturze ulega rozkładowi według równania: PCl 5 (g) = PCl 3 (g) + Cl 2 (g). Jak wpłynie zwiększenie ciśnienia na: a) stopień rozpadu PCl 5; b) ciśnienie cząstkowe chloru w stanie równowagi? 9. W pewnej temperaturze wartości stałej równowagi K p reakcji: CO 2 (g) = CO (g) + ½ O 2 (g) jest równa Oblicz wartość stałej K p reakcji: 2CO 2 (g) = 2CO (g) + O 2 (g) w tej samej temperaturze. 10. Znane są wartości stałych równowagi K c następujących reakcji: I. C (s) + CO 2 (g) = 2CO (g) II. CO 2 (g) + H 2 (g) = CO (g) + H 2O (g) Jak na tej podstawie obliczyć wartość stałej równowagi reakcji: III. C (s) + H 2O (g) = CO (g) + H 2 (g) w tej samej temperaturze? Zależność wyprowadź na wzorze ogólnym. 11. Znane są wartości stałych równowagi K c następujących reakcji: I. 2FeO (s) = 2Fe (s) + O 2 (g) i II. 2H 2 (g) + O 2 (g) = 2H 2O (g) Jak na tej podstawie obliczyć wartość stałej równowagi reakcji: IV. FeO (s) + H 2 (g) = Fe (s) + H 2O (g) w tej samej temperaturze? Zależność wyprowadź na wzorze ogólnym. 12. Ciśnienie tlenu powstającego w reakcji: 2BaO 2 (s) = 2BaO (s) + O 2 (g) w temperaturze 970 K wynosi 8714 Pa. Czy w tej temperaturze tlenek baru będzie wiązał tlen z powietrza pod ciśnieniem 1,013 * 10 5 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: CaCO 3 (s) = CaO (s) + CO 2 (g) przyjmuje w zależności od temperatury następujące wartości: t ( 0 C) p co2 * 10-5 (Pa) 0,013 0,240 0,427 0,774 1,337 Powyżej jakiej temperatury należy ogrzać CaCO 3, aby mógł on rozłożyć się w powietrzu zawierającym 3% objętościowych CO 2, (ciśnienie powietrza = 1,013 * 10 5 Pa). 14. Równowaga reakcji: H 2 (g) + I 2 (g) = 2HI (g) ustaliła się przy następujących stężeniach substancji: [H 2] = 0,3 M, [I 2] = 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 K c reakcji tworzenia jodowodoru. 16. Oblicz stężenia azotu i wodoru dla stanu równowagi reakcji: N 2 (g) + 3H 2 (g) = 2NH 3 (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 NO 2 w zamkniętym naczyniu o pojemności 2 dm 3 osiągnięto stan równowagi reakcji: 2NO 2 (g) = 2NO (g) + O 2 (g) i stwierdzono, że ilość NO 2 zmniejszyła się do 0,4 mola. Oblicz wartość stałej równowagi K c i stężenia produktów reakcji.

3 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: 2N 2O (g) + 3O 2 (g) = 4NO 2 (g). Po osiągnięciu stanu równowagi stężenie NO 2 wyniosło 0,02 M. Oblicz stężenia równowagowe pozostałych reagentów oraz wartości K c w tej temperaturze. 19. Chlor można otrzymać w reakcji utleniania chlorowodoru: 4HCl (g) + O 2 (g) = 2H 2O (g) + 2Cl 2 (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 * 10 5 Pa. Oblicz K p reakcji. 20. Jaki jest skład procentowy objętościowy mieszaniny gazów w stanie równowagi reakcji: FeO (s) + CO (g) = Fe (s) + CO 2 (g), jeżeli w temperaturze 1273 K stała równowagi K c = 0, Dla stanu równowagi przedstawionego w poprzednim zadaniu oblicz stężenia równowagowe CO i CO 2, jeżeli ich początkowe stężenia wynoszą 0,01 M i 0,05 M. 22. Kwas octowy zmieszano z alkoholem etylowym w ilościach stechiometrycznych dla reakcji: CH 3COOH (c) + C 2H 5OH (c) = CH 3COOC 2H 5 (c) + H 2O (c). Wydajność reakcji po ustaleniu się stanu równowagi wynosiła 60%. Oblicz stałą równowagi K c. 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? CH 3COOH (c) + C 2H 5OH (c) = CH 3COOC 2H 5 (c) + H 2O (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: CH 3COOH (c) + C 2H 5OH (c) = CH 3COOC 2H 5 (c) + H 2O (c) w warunkach doświadczenia jest równa Stała równowagi reakcji: 2HI (g) = H 2 (g) + I 2 (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: 2NO 2 (g) = 2NO (g) + O 2 (g). Stała równowagi K p w tej temperaturze jest równa 3,65 * 10 4 Pa. 27. Wartość stałej równowagi K c reakcji: CO 2 (g) + H 2 (g) = CO (g) + H 2O (g) w temp K wynosi 1. Ile moli wodoru należy wziąć na 1 mol CO 2, aby przereagowało 80% CO 2? 28. Zmieszano 2 mole CO 2 z 6 molami H 2 i w temp K osiągnięto stan równowagi reakcji opisanej w poprzednim zadaniu. Stała K c = 1. Ile procent dwutlenku węgla ulegnie przemianie w tlenek węgla? 29. 7,36 g gazowej mieszaniny równowagowej N 2O 4 (g) = 2NO 2 (g) zajmuje pod ciśnieniem 1,013 * 10 5 Pa i w temperaturze 300 K objętość 2,36 dm 3. Oblicz procent objętościowy N 2O 4 w mieszaninie oraz wartości stałych K x i K c. 30. Oblicz stałą równowagi K c reakcji: 4HCl (g) + O 2 (g) = 2H 2O (g) + 2Cl 2 (g), korzystając z następujących danych: stężenia początkowe HCl, O 2, H 2O i Cl 2 są odpowiednio równe 0,06 M, 0,03 M, 0,02 M, 0,08 M, stężenie równowagowe pary wodnej wynosi [H 2O] = 0,04 M.

4 31. Dwusiarczek węgla jest otrzymany podczas ogrzewania węgla i siarki w reakcji: C (s) + S 2 (g) = CS 2 (g). Stała równowagi tej reakcji w temp. 900 K jest równa K c = 9,4. Ile moli CS 2 można otrzymać podczas ogrzewania 10 moli siarki z nadmiarem węgla w tej temperaturze? 32. Stała równowagi reakcji: CaCO 3 (s) = CaO (s) + CO 2 (g) w pewnej temperaturze wynosi K c = W naczyniu o pojemności 10 dm 3 umieszczono w tej temperaturze 1 mol CaCO 3. Oblicz stopień przemiany CaCO 3 w CaO oraz liczbę moli CO 2 powstałą w wyniku przemiany. 33. W naczyniu o pojemności 10 dm 3 umieszczono 40 g bromu i ogrzano do temp K. Oblicz stopień dysocjacji bromu zgodnie z równaniem: Br 2 (g) = 2Br (g), jeżeli stała równowagi K c w tej temperaturze jest równa 4 * W temperaturze 823 K i pod ciśnieniem 1,013 * 10 5 Pa stopień dysocjacji fosgenu w reakcji: COCl 2 (g) = CO (g) + Cl 2 (g) wynosi 77%. Oblicz wartości K c i K p tej reakcji w warunkach doświadczenia. 35. Oblicz wartość K c reakcji: 2SO 2 (g) + O 2 (g) = 2SO 3 (g) w temperaturze 853 K, jeżeli początkowe stężenia SO 2 i O 2 wynosiły 2 M i 1 M, a stopień przereagowania SO 2 w tej temperaturze jest równy 95%. 36. Stała równowagi K c reakcji: SO 2 (g) + NO 2 (g) = SO 3 (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) SO 2 1M, NO 2 2 M b) SO 3 1 M, NO 2 M c) SO 2 1 M, NO 2 2M, SO 3 1 M, NO 2 M. 37. W powietrzu pod wpływem wyładowań elektrycznych zachodzi reakcja: N 2 (g) + O 2 (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 10 6 Pa i w temperaturze 673 K w mieszaninie reakcyjnej tworzy się 4% objętościowych amoniaku. Oblicz wartość K p reakcji w tych warunkach. 39. Stała równowagi reakcji: CO (g) + H 2O (g) = CO 2 (g) + H 2 (g) w temp. 800 K wynosi 4. Mieszaninę o masie 100 g, zawierającą 56% wagowych CO i 44% H 2O 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: 2SO 2 (g) + O 2 (g) = 2SO 3 (g) zawiera 1 mol SO 2, 0,25 mola O 2 i 10 moli SO 3. Gazy znajdują się w naczyniu o pojemności 2 dm 3 w temp. 873 K. Oblicz, ile moli tlenu należy wprowadzić do układu w tej temperaturze, aby stężenie SO 3 w stanie równowagi wzrosło do 5,2 mola/dm 3? 41. W stanie równowagi reakcji: COCl 2 (g) = CO (g) + Cl 2 (g) stężenia składników wynoszą: [COCl 2] = 0,5 M, [CO] = 0,4 M, [Cl 2] = 0,25 M. Oblicz stężenia składników układu po przesunięcia równowagi na skutek 3- krotnego zwiększenia stężenia chloru.

5 42. Do naczynia, w którym ustaliła się równowaga reakcji: C (s) + CO 2 (g) = 2CO (g), wpuszczono CO 2 w takiej ilości, że jego stężenie równowagowe wzrosło 2- krotnie. Ile razy wzrośnie stężenie równowagowe CO? 43. Dla reakcji: 2SO 2 (g) + O 2 (g) = 2SO 3 (g) w pewnej temperaturze stężenia równowagowe składników wyniosły: [SO 2] = 1 M, [O 2] = 2 M, [SO 3] = 2 M. Następnie w tych samych warunkach objętości i temperatury dodano do układu tyle SO 2, że jego stężenie równowagowe wyniosło 2 M. Oblicz stężenie powstałego SO Reakcję: 2SO 2 (g) + O 2 (g) = 2SO 3 (g) doprowadzono do temp K do stanu równowagi. Stwierdzono, że równowagowe stężenia składników wynosiły wówczas: [SO 2] = 1 M, [O 2] = 3 M, [SO 3] = 3 M. Następnie, nie zmieniając temperatury ani objętości układu, dodano pewną ilość SO 2. Gdy układ powrócił do stanu równowagi stwierdzono, że [SO 3] = 4 M. Oblicz stężenie dodanego SO ,62 g jodu i 0,08 g wodoru ogrzewano w zamkniętym naczyniu o objętości 2 dm 3. Po ustaleniu się stanu równowagi reakcji: H 2 (g) + I 2 (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 SnO 2 z wodorem zachodzi reakcja: SnO 2 (s) + 2H 2 (g) = Sn (s) + 2H 2O (g) Po ogrzaniu reagentów do temp. 773 K w zamkniętym naczyniu równowaga ustaliła się przy następujących stężeniach: [H 2O] = [H 2] = 0,25 M. Oblicz stężenia wodoru i pary wodnej w układzie po przesunięciu równowagi na skutek wprowadzenia 0,5 mola/dm 3 wodoru.