Przykładowe zadanie i ich rozwiązana Stała równowagowa Przykładowe zadanie i ich rozwiązana

Zadanie 1 W pewnym układzie przebiegała reakcja wg. równania: 2 A + 3 B ↔ C + 4 D, w określonych momentach stężenia wszystkich reagentów i stała równowagowa wyniosły: a) 2 mol/dm3 / Kc = 0,5 b) 1 mol/dm3 / Kc = 2 Ustal, w którą stronę przebiegała reakcja w obu przypadkach. [A] = [B] = [C] = [D] = = 2 mol/dm3 w lewo [A] = [B] = [C] = [D] = = 1 mol/dm3 w prawo

Zadanie 2 W układzie, w którym zmieszano 0,5 mola substancji A, 2 mole substancji B zainicjowano reakcję: A + B ↔ 2C. Oblicz molowy skład równowagowy w powyższym układzie jeżeli stała równowagowa osiągnęła wartość 4 . Analiza i złożenia do zadania: A + B ↔ 2 C [A]pocz. = 0,5 mol; [B]pocz. = 2 mol Kc = 4; Skład równowagowy mieszaniny [C]równ. = x [A]równ. = 0,5 mol - x [B]równ. = 2 mol - x

Rozwiązanie zad. 2 Rozwiązanie: 4 + 4x2 – 10x = x2; ∆ = 100 – 48 = 52 x2 - wykluczony, nie może być większy niż 0,5 mol, obliczenie składu równowagowego mieszaniny: [A] = 0,5 mol – 0,465 mol = 0,035 mol [B] = 2 mol – 0,465 mol = 1,535 mol [C] = 0,465 mol sprawdzenie:

Zadanie 3 W naczyniu wymieszano 5 moli etanolu, 4 mole kwasu etanowego oraz 3 mole etanianu etylu i zainicjowano reakcję: CH3CH2OH + CH3COOH ↔ CH3COOCH2CH3 + H2O Oblicz stężenia molowe substratów reakcji, jeżeli mieszanina poreakcyjna zajmuje objętość 1,1 dm3 a stała równowagowa wynosi 1. Analiza i złożenia do zadania: CH3COOH + C2H5OH ↔ CH3COOC2H5 + H2O Kc = 1 stężenia początkowe: Cm/C2H5OH = 5 mol : 1,1 dm3 = 4,55 mol/dm3 Cm/CH3COOH = 4 mol : 1,1 dm3 = 3,64 mol/dm3 Cm/CH3COOC2H5 = 3 mol : 1,1 dm3 = 2,73 mol/dm3

Rozwiązanie zad. 3 Reakcja przebiega w prawo (iloczyn stężeń molowych etanolu i kwasu etanowego musi być równy iloczynowi stężeń molowych estru – etanianu etylu i wody skoro Kc = 1), stężenia molowe estru i wody muszą wzrosnąć o wartość x, natomiast stężenia etanolu i kwasu etanowego maleją o wartość x, Stężenia molowe równowagowe substratów i produktów reakcji: Cm/C2H5OH = 4,55 mol – x Cm /CH3COOH = 3,64 mol – x Cm/CH3COOC2H5 = 2,73 mol + x Cm/H2O = x

Rozwiązanie zad. 3 cd. Rozwiązanie cd. 16,56 + x2 – 8,2x = 2,72 x + x2 x = 1,515 ≈ 1,52 mol/dm3 Obliczenie równowagowych stężeń molowych substratów i produktów reakcji: Cm/C2H5OH = 4,55 mol/dm3 – 1,52 = 3,03 mol/dm3 Cm /CH3COOH = 3,64mol/dm3 – 1,52 = 2,12 mol/dm3 Cm/CH3COOC2H5 = 2,73 mol/dm3 + 1,52 = 4,25 mol/dm3 Cm/H2O = x = 1,52 mol/dm3 sprawdzenie:

Zadanie 4 /18 W naczyniu reakcyjnym wymieszano 1 mol substancji A, 2 mole substancji B, 3 mole substancji C i 4 mole substancji D oraz zainicjowano reakcję: A + B ↔ C + D Oblicz skład równowagowy mieszaniny poreakcyjnej, jeżeli stała równowagowa wynosi 1. Analiza i złożenia do zadania: Kc = 1 stężenia początkowe: [A] = 1 mol [B] = 2 mol [C] = 3 mol [D] = 4 mol Uwaga – w zadaniu, w którym podane są stężenia wyjściowe / liczba moli wszystkich reagentów, może zachodzić przypadek, że reakcja przebiega w przeciwnym kierunku (w lewo).

Rozwiązanie zad. 4 W tym przypadku reakcja przebiega w lewo, ponieważ: liczba moli w stanie równowagi: [A] = 1 mol + x [B] = 2 mol + x [C] = 3 mol – x [D] = 4 mol – x 12 + x2 – 7x = 2 + x2 + 3x; -10 x = -10 x = 1 mol Druga metoda dla równania: A + B ↔ C + D 2 + x2 + 3x = 12 + x2 – 7x; 10 x = 10 x =1 mol

Rozwiązanie zad. 4 cd. Obliczenie składu równowagowego mieszaniny poreakcyjnej: [A] = 1 mol + x = 1 mol + 1 mol = 2 mol [B] = 2 mol + x = 2 mol + 1 mol = 3 mol [C] = 3 mol - x = 3 mol – 1 mol = 2 mol [D] = 4 mol - x = 4 mol – 1 mol = 3 mol Sprawdzenie:

Zadanie 5 W naczyniu reakcyjnym wymieszano 2 mole substancji A, 3 mole substancji B i 4 mole substancji C oraz zainicjowano reakcję, która przebiega wg równania: A + B ↔ 2 C Oblicz skład równowagowy mieszaniny poreakcyjnej, jeżeli stała równowagowa osiągnęła wartość w przybliżeniu 3. Analiza i założenia do zadania początkowa liczba moli reagentów: [A] = 2 mol [B] = 3 mol [C] = 4 mol reakcja przebiega w prawo

Rozwiązanie zad. 5 Rozwiązanie: stany równowagowe: [A] = 2mol – x [B] = 3 mol - x [C] = 4 mol + 2 x - x2 – 23x + 2 = 0 ∆ = 529 + 8 = 569; pierwiastek x2 – odrzucony, nie może mieć wartości ujemnej

Rozwiązanie zad. 5 cd. Obliczenie stanów równowagowych: [A] = 2mol – x = 2 mol – 0,085 mol = 1,915 mol [B] = 3 mol – x = 3 mol – 0,085 mol = 2,915 mol [C] = 4 mol + 2 x = 4 + 2 ּ 0,085 mol = 4,17 mol Sprawdzenie:

Zadanie 6 Oblicz stan równowagowy mieszaniny poreakcyjnej, która przebiega wg. równania A + B ↔ C + D jeżeli do naczynia reakcyjnego wprowadzono 4 mole substancji A, 2 mole substancji B i 6 moli substancji C a stała równowagowa wynosi 1. Analiza i złożenia do zadania: wyjściowa liczba moli reagentów: [A] = 4 mol [B] = 2 mol [C] = 6 mol stany równowagowe w mieszaninie poreakcyjnej [A] = 4 mol - x [B] = 2 mol – x [C] = 6 mol + x [D] = x

Rozwiązanie zad. 6 Rozwiązanie: 8 – 6x + x2 = 6 x + x2 -12 x = - 8 x = 0,666 mol Obliczenie stanów równowagowych reagentów w mieszaninie poreakcyjnej: [A] = 4 mol – x = 4 mol – 0,666 mol = 3,334 mol [B] = 2 mol – x = 2 mol – 0,666 mol = 1,334 mol [C] = 6 mol + x = 6 mol + 0,666 mol = 6,666 mol [D] = x = 0,666 mol Sprawdzenie:

Zadanie 7 Oblicz stan równowagowy mieszaniny poreakcyjnej, jeżeli reakcja przebiega wg. równania: 2 A ↔ B + C a do naczynia reakcyjnego wprowadzono 3 mole substancji A, 2 mole substancji B i 1 mol substancji C. Stała równowagowa reakcji wynosi 0,25. Analiza i złożenia do zadania: wyjściowa liczba moli reagentów: [A] = 3 mol [B] = 2 mol [C] = 1 mol stany równowagowe w mieszaninie poreakcyjnej [A] = 3 mol – 2 x [B] = 2 mol + x [C] = 1 mol + x

Rozwiązanie zad. 7 Rozwiązanie: 2,25 – 3x + x2 = 2 + x2 + 3x - 6x = - 0,25 x = 0,0416 mol Obliczenie stanów równowagowych reagentów w mieszaninie poreakcyjnej: [A] = 3 mol – 2 ∙ 0,0416 mol = 2,9168 mol [B] = 2 mol + 0,0416 mol = 2,0416 mol [C] = 1 mol + 0,0416 mol = 1,0416 mol sprawdzenie:

Zadanie 8 W odwracalnej reakcji: A + B ↔ 3 C + 2 D stała równowagowa osiągnęła wartość 3,5 przy stężeniach równowagowych substancji A - 0,2 mol/dm3, substancji B – 0,5 mol/dm3, substancji C – 0,7 mol/dm3. Oblicz stężenie substancji D w stanie równowagi. Analiza i złożenia do zadania: Stężenia molowe reagentów w stanie równowagi : [A] = 0,2 mol/dm3 [C] = 0,7 mol/dm3 [B] = 0,5 mol/dm3 [D] = x 0,35 = 0,343 ∙ x2 x2 = 1,02 =1,01 mol /dm3 = [D]

Zadanie 8 sprawdzenie: