Chapter 16: Chemical Equilibrium- General Concepts · RÓWNOWAGA CHEMICZNA ... 9 QUIZ Określ czy...

19
22/11/2017 1 RÓWNOWAGA CHEMICZNA Gdy układ jest w równowadze, reakcje w kierunku tworzenia produktów jak też te w kierunku tworzenia substratów zachodzą z taką samą prędkością. W stanie równowagi stężenia wszystkich cząstek pozostają stałe w czasie, ale reakcje w stronę tworzenia produktów jak i substratów nigdy nie przestają zachodzić. Równowaga jest oznaczona podwójnymi strzałkami lub znakiem równości. Mieszanina w równowadze jest niezależnie czy patrzymy ze strony substratów czy produktów. Stan równowagi pomiędzy N 2 O 4 i NO 2 . Taki sam skład jest osiągnięty zarówno dla reakcji tworzenia produktów jak i tworzenia substratów zakładając, że skład całkowity układu jest taki sam. Układ zawierający tylko NO 2 jest brązowy zaś ten zawierający tylko N 2 O 4 jest bezbarwny. Bursztynowy kolor w stanie równowagi wskazuje na istnienie obu form gdy stan równowago jest osiągnięty. Stan równowagi

Transcript of Chapter 16: Chemical Equilibrium- General Concepts · RÓWNOWAGA CHEMICZNA ... 9 QUIZ Określ czy...

Page 1: Chapter 16: Chemical Equilibrium- General Concepts · RÓWNOWAGA CHEMICZNA ... 9 QUIZ Określ czy równowagi poniższych reakcji leża na lewo, na prawo czy są zrównoważone. A)

22/11/2017

1

RÓWNOWAGA CHEMICZNA

Gdy układ jest w równowadze, reakcje w kierunku tworzenia produktów jak też te w kierunku tworzenia substratów zachodzą z taką samą prędkością.

W stanie równowagi stężenia wszystkichcząstek pozostają stałe w czasie, ale reakcje w stronę tworzenia produktów jak i substratów nigdy nie przestają zachodzić.

Równowaga jest oznaczona podwójnymi strzałkami lub znakiem równości.

Mieszanina w równowadze jest niezależnie czy patrzymy ze strony substratów czy produktów.

Stan równowagi

pomiędzy N2O4 i

NO2.

Taki sam skład jest osiągnięty zarówno dla reakcji tworzenia

produktów jak i tworzenia substratów zakładając, że skład

całkowity układu jest taki sam.

Układ zawierający tylko NO2 jest brązowy zaś ten zawierający

tylko N2O4 jest bezbarwny. Bursztynowy kolor w stanie

równowagi wskazuje na istnienie obu form gdy stan

równowago jest osiągnięty.

Stan równowagi

Page 2: Chapter 16: Chemical Equilibrium- General Concepts · RÓWNOWAGA CHEMICZNA ... 9 QUIZ Określ czy równowagi poniższych reakcji leża na lewo, na prawo czy są zrównoważone. A)

22/11/2017

2

Rozkład N2O4(g) do NO2(g). Stężenia N2O4 i NO2 zmieniają się

początkowo względnie szybko, ale później przestają się

zmieniać w czasie gdy stan równowagi jest.

Istnieje prosta zależność pomiędzy

stężeniami substratów i produktów dla

każdego układu w równowadze.

Nazywa się prawem działania mas

i wywodzi się z termodynamiki.

Rozważmy równowagę:

)(HI2)(I)(H 22 ggg

Podczas czterech

eksperymentów zbadano

zależność pomiędzy H2, I2, i HI

będącymi w stanie równowagi .

Różne ilości substratów i

produktów zostały umieszczone

w 10,0 L naczyniu reakcyjnym

w temperaturze 440oC i po

pewnym czasie w tym naczyniu

ustalił się stan równowagi.

W tym stanie różne ilości

substratów i produktów zostały

zaobserwowane. Wartość liczbowa prawa działania mas

jest nazwana tymczasową stałą reakcji, Q.

49,5 Sredni

49,5 0,311 0,0442 0,0442 IV

49,4 0,100 0,0135 0,0150 III

49,8 0,280 0,0450 0,0350 II

49,4 0,156 0,0222 0,0222 I

]][I[H

[HI] ][HI ][I ][H peryment.

-Eks

22

2

22

Page 3: Chapter 16: Chemical Equilibrium- General Concepts · RÓWNOWAGA CHEMICZNA ... 9 QUIZ Określ czy równowagi poniższych reakcji leża na lewo, na prawo czy są zrównoważone. A)

22/11/2017

3

Tymczasowa stała reakcji może być

określona dla każdego stężenia.

W równowadze (i w 440oC) dla tej

reakcji tymczasowa stała reakcji ma

wartość 49,5 (jest to wartość

bezwymiarowa).

Ta zależność nazywana jest prawem

działania mas (równowagi) dla tego

układu.

]I][H[

[HI]

22

2

Q Wartość 49,5 to stała równowagi, Kc,

charakteryzująca układ

Aby doszło do równowagi chemicznej

tymczasowa stała reakcji musi być

równa stałej równowagi Kc.

C)440 (w 5,49]I][H[

[HI] o

22

2

cK

Wykładniki w prawie działania mas są takie

same jak występujące w równaniu

stechiometrycznym współczynniki reakcji

W równowadze

We wzorze stosuje się zawsze system w

którym produkty występują ponad substratami

podniesione do odpowiedniej potęgi.

c][][

][][K

ED

GFed

gf

gGfFeEdD

QUIZ

Dla poniższej reakcji znajdź prawidłowy wzór

na KC:

3H2 + N2 ↔ 2NH3

a) b)

c)

Page 4: Chapter 16: Chemical Equilibrium- General Concepts · RÓWNOWAGA CHEMICZNA ... 9 QUIZ Określ czy równowagi poniższych reakcji leża na lewo, na prawo czy są zrównoważone. A)

22/11/2017

4

PRZEDSTAW WZORY NA STAŁĄ RÓWNOWAGI

DLA NASTĘPUJĄCYCH REAKCJI

2 H2O2 (g) ⇌ 2 H2O (g) + O2 (g)

CH3COOH(l)+ C2H5OH(l)↔ CH3COOC2H5 + H2O

2NO + Cl2↔ 2 NOCl

DZIAŁANIA MATEMATYCZNE ZWIĄZANE ZE

STAŁĄ RÓWNOWAGI

Zmiana kierunku równowagi

Zwielokrotnienie współczynników

Dodawanie chemicznych równowag

Zmiana kierunku równowagi – gdy kierunek

jest odwrócony, nowa stała równowagi jest

odwrotnością pierwotnej.

c

c

KPCl

ClPClKClPClPCl

ClPCl

PClKPClClPCl

c

1

][

]][[

]][[

][

5

23'

235

23

5523

Zwielokrotnienie współczynników przez

pewien czynnik – gdy współczynniki reakcji są

pomnożone przez dowolną liczbę, stałą

równowagi jest podniesiona do potęgi równej tej

liczbie

2

2

5

2

2

2

3"

235

5

23235

][

][][ 222

][

][ Cl

c

c

KPCl

ClPClKClPClPCl

PCl

ClPClKPClPCl

c

Page 5: Chapter 16: Chemical Equilibrium- General Concepts · RÓWNOWAGA CHEMICZNA ... 9 QUIZ Określ czy równowagi poniższych reakcji leża na lewo, na prawo czy są zrównoważone. A)

22/11/2017

5

Dodawanie reakcji w stanie równowagi –

gdy równowagi chemiczne są dodawane ich

stałe równowagi są mnożone przez siebie

214

2

2

2

4

23222

3

2

2

2

4

22222

2

2

2

2

21222

][][

][ 442

: Dodawanie

][][

][ 432

][][

][ 22

ccc

c

c

KKON

NOKNOON

OON

NOKNOOON

ON

ONKONON

PRZYKŁAD

CaCO3(s) → Ca2+(aq) + CO32–(aq) K1 = 5.01 x 10–7

HCO3–(aq) → H+(aq) + CO3

2–(aq) K2 = 5.01 x 10–11

Stosując stałe równowagi z tabeli poniżej określ

wartość stałej równowagi Kc dla poniższej reakcji

CaCO3(s) + 2H+(aq)→ Ca2+(aq) + 2HCO3–(aq)

CaCO3(s) → Ca2+(aq) + CO32–(aq)

K1 = 5.01 x 10–7

2H+(aq) + 2CO32–(aq) → 2HCO3

–(aq)

CaCO3(s) + 2H+(aq) → Ca2+(aq) + 2

HCO3–(aq)

Rozwiązanie : Nowa reakcja jest sumą reakcji 1 i

odwrotności podwojonej reakcji 2:

1

𝐾22 =

1

5,01∙10−11 2 = 4∙

1020

𝐾 = 𝐾1 ∙ 𝐾2 = 5,01 ∙ 10−7

4 ∙ 1020 = 2∙ 1014

RÓWNOWAGI W UKŁADACH JEDNO- I DWU-

FAZOWYCH.

UKŁADY JEDNOFAZOWE

Reakcja zachodzi w układach dla których :

reagenty i produkty znajdują się w tej samej

fazie np. gazowej lub ciekłej

H2(g) + Cl2(g)↔ 2HCl(g)

CH3COOH(aq) ↔ CH3COO-(aq) + H+

(aq)

W tym przypadku reakcja zachodzi w całej objętości gazu lub cieczy

Page 6: Chapter 16: Chemical Equilibrium- General Concepts · RÓWNOWAGA CHEMICZNA ... 9 QUIZ Określ czy równowagi poniższych reakcji leża na lewo, na prawo czy są zrównoważone. A)

22/11/2017

6

UKŁADY DWUFAZOWE (HETEROGENICZNE)

reagenty i produkty znajdują się różnych

fazach np.

C(s) + O2(g) ↔ CO2(g)

Ag+(aq) + Cl

_

(aq)↔ AgCl(s)

W powyższych przypadkach reakcja zachodzi wyłącznie na granicy miedzy fazami.

RÓWNOWAGA HETEROGENICZNA

Ogólnie wyrażenie na stałą równowagi może

być prezentowane przy wykorzystaniu stężeń

molowych lub cząstkowych ciśnień gazów.

Dla substancji w stanie stałym lub ciekłym

eksperymenty wykazały, że:

Równowaga układu nie zależy od ilości

cieczy lub ciała stałego, pod warunkiem, że

takowe istnieją.

Czyste ciecze lub ciała stałe nie pojawiają

się w wyrażeniu na stałą równowagi.

22

Jeżeli NaHCO3 jest umieszczony w

zamkniętym naczyniu po pewnym

czasie heterogeniczna równowaga się

ustala

Wyrażenie na stałą równowagi

zawierające czyste ciecze lub ciała stałe

może być uproszczone ponieważ

cKNaHCO

OHCOCONa

gOHgCOsCONasNaHCO

2

3

2232

c

22323

][

]][][[

:równejest K i

)()()()(2

23

Dla czystych cieczy lub ciał stałych stosunek

ilości substancji do objętości tejże substancji

jest wielkością stałą.

Stężenie substancji w ciele

stałym jest stałe. Podwojenie

liczby moli związku powoduje

podwojenie objętości, ale

stosunek liczby moli do

objętości pozostaje taki sam.

24

Page 7: Chapter 16: Chemical Equilibrium- General Concepts · RÓWNOWAGA CHEMICZNA ... 9 QUIZ Określ czy równowagi poniższych reakcji leża na lewo, na prawo czy są zrównoważone. A)

22/11/2017

7

Tak więc wyrażenie na stałą równowagi

przedstawione bez uwzględnienia stężeń

czystych cieczy lub ciał stałych jest

następujące.

Stałe równowagi reakcji można znaleźć w

tabelach.

]][[ 22 OHCOKc

25

CO MOŻNA POWIEDZIEĆ O STAŁEJ RÓWNOWAGI

1. każda reakcja ma swoją stałą równowagi, która

zależy tylko od TEMPERATURY

2. Stała równowagi nie ma jednostki

3. stężenie „czystych” ciał stałych lub cieczy nie

pojawiaja się wyraźnie w stałej i równowagi.

Stężenia czystych ciał stałych i cieczy są stałe

(gęstość podzielona przez masę cząsteczkową).

Te stałe stężenia są po prostu włączane do stałej

równowagi.

4. Wszystkie reagenty i produkty muszą być

obecne w równaniu równowagowym. Chociaż

czyste ciało stałe i płyny nie pojawiają się w stałej

równowadze, jeśli uczestniczą w reakcji, muszą

istnieć, aby ustalić równowagę.

5. Zmiana początkowych stężeń reagentów lub

produktów NIE zmienia stałej równowagi.

Stałość równowagi mimo tego, że stężenie

reagentów i produktów ulegnie zmianie to Kc nie

zmieni się.

Wartość Kc zależy tylko od tożsamości reagentów

i produktów oraz od temperatury.

Każda reakcja ma unikalną Kc w stałej

temperaturze

6. Katalizator NIE zmienia stałej równowagi.

Katalizator zwiększa szybkość reakcji w

kierunku tworzenia produktów lub w kierunku

tworzenia substratów o ten sam

współczynnik.

7. Stała równowagi reakcji w kierunku

odwrotnym (w kierunku tworzenia

substratów) jest odwrotnością stałej

równowagi w kierunku tworzenia produktów.

Page 8: Chapter 16: Chemical Equilibrium- General Concepts · RÓWNOWAGA CHEMICZNA ... 9 QUIZ Określ czy równowagi poniższych reakcji leża na lewo, na prawo czy są zrównoważone. A)

22/11/2017

8

Porównanie wielkości stałej równowagi i pozycji w

równowadze. Duże stężenie produktów i niewielkie stężenie

substratów daje Kc >>1 (dużą wartość K). Gdy wówczas

prawie jednakowe ilości produktów i substratów są w

równowadze. Gdy Kc<<1, wówczas głównie substraty reakcji i

niewiele produktów są obecne w stanie równowagi.

1cK

DUZE WARTOŚCI KC

Duże wartości KC oznaczają, że reakcja

biegnie prawie całkowicie w stronę tworzenia

produktów (w prawo, tworzenie produktów

jest uprzywilejowane; produkty dominują nad

substratami) np.

2H2 + O2↔ 2H2O

MAŁE KC

Małe wartości KC oznaczają, że reakcja

biegnie prawie całkowicie w stronę

substratów (w lewo; substraty są

faworyzowane, substraty dominują nad

produktami) np.

N2 + O2 ↔2NO

POŚREDNIE KC

Gdy KC ma wartość pomiędzy 10-2 i 102

mówi, że składniki reakcji są obecne w

znaczących ilościach i równowaga reakcji

jest prawie osiągnięta e.g.

H2 + I2 ↔ 2HI w 400oC KC = 50,5

(substraty i produkty reakcji są obecne w

prawie równych ilościach).

Page 9: Chapter 16: Chemical Equilibrium- General Concepts · RÓWNOWAGA CHEMICZNA ... 9 QUIZ Określ czy równowagi poniższych reakcji leża na lewo, na prawo czy są zrównoważone. A)

22/11/2017

9

QUIZ

Określ czy równowagi poniższych reakcji leża

na lewo, na prawo czy są zrównoważone.

A) H2CO3 +H2O↔HCO3- + H3O

+

KC = 4,2 . 10-7

B) 2NO + O2 ↔ 2NO2 Kc = 2,25 .1012

C) CH4 + H2O↔ CO + 3H2 Kc = 9,4 .10-1

D) CH3COOH + H2O↔ CH3COO- + H3O+

Kc = 1,8 . 10-5

PRZEWIDYWANIE KIERUNKU REAKCJI

dDcCbBaA

Q (tymczasowa stałą reakcji)

Kc (stała równowagi)

Wieksze niż w

równowadze

[C] i [D]

wzrata

(muszą się

tworzyć) [A] i [B] spada

(muszą być

konsumowane)

Reakcja biegnie z lewa na prawo

1. Q< KC 2. Q> KC

Q (tymczasowa stała reakcji)

Kc (stała równowagi)

Mniej niż w

równowadze

[C] i [D]

spada; muszą

być zużywane[A] i [B]

rośnie;

muszą być

tworzone

Reakcja biegnie z prawa na lewo

Page 10: Chapter 16: Chemical Equilibrium- General Concepts · RÓWNOWAGA CHEMICZNA ... 9 QUIZ Określ czy równowagi poniższych reakcji leża na lewo, na prawo czy są zrównoważone. A)

22/11/2017

10

3. Q=KC

Tymczasowa stałą reakcji jest taka sama jak

stała równowagi.

Reakcja jest już w równowadze.

Jest równowaga pomiędzy reakcjami w

stronę tworzenia produktów jak i w stronę

tworzenia substratów.

PROBLEM DO ROZWIĄZANIA

Stężenie trzech substratów i produktu

poniższej reakcji :

H2 + I2 ↔ 2HI

jest następujące: [H2] = 1,5 mol L-1’

[I2] = 0,5 mol L-1

[HI] = 1,0 mol L-1

KC = 50,5.

W jakim kierunku dąży reakcja aby osiągnąć

równowagę?

ROZWIĄZANIE

Q = 1,3

1,3 < 50,5

Reakcje powinna biegnąc z lewa na prawo aby

osiągnąć stan równowagi

PRZYKŁAD

Stała równowagi dla reakcji podanej poniżej

w temperaturze 527°C wynosi 5,10.

Jeżeli [CO] = 0,15 M, [H2O] = 0,25 M,

[H2] = 0,42 M, i [CO2] = 0,37 M.

Oblicz Q i określ w jaki sposób będzie

przebiegała reakcja.

CO(g) + H2O(g) ↔ H2(g) + CO2(g)

Page 11: Chapter 16: Chemical Equilibrium- General Concepts · RÓWNOWAGA CHEMICZNA ... 9 QUIZ Określ czy równowagi poniższych reakcji leża na lewo, na prawo czy są zrównoważone. A)

22/11/2017

11

Kc > Q

Reakcja biegnie z lewej w prawo; w stronę tworzenia

produktów

Prawa gazowe mogą być zastosowane do

określenia stałej równowagi biorąc pod

uwagę ciśnienia cząstkowe

Stałe równowagi opisujące ciśnienia

cząstkowe mają symbol Kp

RTRTP

nRTPV

M

V

n

molowość

42

Rozmiar stałej równowagi wyraża sposób

w jaki zachodzi reakcja.

Możne ogólnie stwierdzić o przebiegu

reakcji na podstawie stałej równowagi

zarówno Kc jak i KP.

i ]][[

][

)(2)(3)(

3

2

3

22

2

3

322

22

3

HN

NH

PcPP

PK

HN

NHK

gNHgHgN

43

Obie wzory na stała równowagi są

powiązane

)substratówgazowych moli (ilosc

produktów)gazowych moli(n

gdzie )(

c tak wi ę

g

-

ilosc

RTKK

MRTRTV

nP

nRTPV

gn

cP

44

Page 12: Chapter 16: Chemical Equilibrium- General Concepts · RÓWNOWAGA CHEMICZNA ... 9 QUIZ Określ czy równowagi poniższych reakcji leża na lewo, na prawo czy są zrównoważone. A)

22/11/2017

12

QUIZ

Gazowy azot reaguje z wodorem tworząc

amoniak w procesie Haber Bosch’a. W jaki

sposób można przekształcić KC w Kp dla

procesu Haber Bosch’a?

N2(g) + 3H2(g) ↔ 2NH3

Kp = Kc (RT)Δn

45

QUIZ CD

Dla tego procesu przebiegającego w

temperaturze 25oC, KC = 3,5 x108..

Jaka jest Kp ?

Kp= KC (RT)-2

Kp =(3,5 .108) .(0,082 . 298)-2 = 5,8. 105

46

WPŁYW ENERGII SWOBODNEJ GIBBSA NA STAN

RÓWNOWAGI

ΔG jest powiązania ze stała równowagi

poprzez równanie izotermy van’t Hoff’a

ΔG = - RT ln Kc

ΔG = 0 w równowadze ponieważ stężenia

zarówno substratów jak i produktów reakcji

pozostają stałe.

Page 13: Chapter 16: Chemical Equilibrium- General Concepts · RÓWNOWAGA CHEMICZNA ... 9 QUIZ Określ czy równowagi poniższych reakcji leża na lewo, na prawo czy są zrównoważone. A)

22/11/2017

13

ZASTOSOWANIE IZOTERMY VAN’T HOFF’A 1.

CO + Cl2 ↔COCl2 Kc = 4,57 x109 w 100oC

ΔG = -RT ln Kc

ΔG = - (8,31 J K -1mol-1 ) ((273,15 + 100)K)

(ln 4,57 x109) = - 69,0 kJ mol-1

ΔG jest ujemna, tak więc reakcja jest spontaniczna i

biegnie w prawą stronę ( w stronę tworzenia

produktów, stężenie produktów jest większe od

stężenia substratów reakcji), reakcja w prawą stronę

jest energetycznie uprzywilejowana

ZASTOSOWANIE IZOTERMY VAN’T HOFF’A 2.

N2 + O2 ↔2NO Kc = 4,7 x10-31 w 25oC

ΔG = -RT ln K

ΔG = - (8,31 J K -1mol-1 ) ((273,15 + 25)K)

(ln 4,7 x10-31) = +173,0 kJ mol-1

ΔG jest dodatnia, tak więc reakcja nie jest

spontaniczna, reakcja biegnie w lewą stronę

(stężenie produktów jest niewielkie), reakcja jest

energetycznie nieuprzywilejowana

Reguła Le Châtelier’a:

Jeśli zewnętrzne wpływy zakłócają równowagę,

wówczas system przechodzi zmianę w kierunku,

który przeciwdziała zakłócający wpływ i, jeśli to

możliwe, przywraca system do stanu równowagi

Czynniki zakłócające równowagę

dodanie lub usunięcie produktu lub substratu

temperatura

ciśnienie

Dodatek lub usuniecie produktu lub substratu

Równowaga przesuwa się w stronę usunięcia

dodanego substratu lub produktu

Równowaga przesuwa się w stronę tworzenia

substratu lub produktu który został usunięty.

Page 14: Chapter 16: Chemical Equilibrium- General Concepts · RÓWNOWAGA CHEMICZNA ... 9 QUIZ Określ czy równowagi poniższych reakcji leża na lewo, na prawo czy są zrównoważone. A)

22/11/2017

14

WZROST STĘŻENIA SUBSTRATU

A + 2B ↔ C + D

Równowaga zostaje przesunięta w stronę w

która prowadzi do zmniejszenia stężenia A i B

poprzez reakcję z B i A i utworzenie

C i D.

Pozycja równowagi przesunie się w prawo.

A + 2B ↔ C + D

Równowaga reakcji zostanie przesunięta w

stronę przeciwdziałającą tej zmianie, więc

tak aby stężenie A i B wzrosło. To może się

stać poprzez zmniejszenie stężenia C i D.

Produkty muszą się rozłożyć aby powstało

więcej A i B.

Kierunek reakcji zmieni się w lewo.

SPADEK STĘŻENIA SUBSTRATU

WZROST STĘŻENIA PRODUKTU

A + 2B ↔ C + D

Równowaga reakcji zostanie przesunięta

w stronę przeciwdziałającą tej zmianie, więc

tak aby stężenie A i B wzrosło.

To może się stać poprzez zmniejszenie

stężenia C i D. Produkty muszą się rozłożyć

aby powstało więcej A i B.

Kierunek reakcji zmieni się w lewo.

SPADEK STĘŻENIA PRODUKTU

A + 2B ↔ C + D

Równowaga reakcji zostanie przesunięta

w stronę przeciwdziałającą tej zmianie, więc

tak aby stężenie C (i D) wzrosło.

To może się stać poprzez zmniejszenie

stężenia A i B. Substraty muszą

przereagować aby powstało więcej C i D.

Kierunek reakcji zmieni się w prawo.

Page 15: Chapter 16: Chemical Equilibrium- General Concepts · RÓWNOWAGA CHEMICZNA ... 9 QUIZ Określ czy równowagi poniższych reakcji leża na lewo, na prawo czy są zrównoważone. A)

22/11/2017

15

TEMPERATURA

Wzrost temperatury przesuwa równowagę reakcji w kierunku w którym zachodzi zmiana endotermiczna (pochłaniająca ciepło).

Spadek temperatury przesuwa równowagę reakcji w kierunku w którym zachodzi zmiana wytwarzająca ciepło (egzotermiczna).

A + 2B ↔ C + D ΔH= -250 KJ MOL-1

W tym przypadku 250 kJ energii jest

wytwarzanych gdy 1 mol A reaguje z 2

molami B.

Tak wiec gdy temperatura zostanie podniesiona to kierunek reakcji zmieni się w

stronę tworzenia substratów.

Natomiast spadek temperatury układu

spowoduje zmianę kierunku reakcji w stronę

tworzenia produktów.

CIŚNIENIE/OBJĘTOŚĆ

Te zmienne mają zastosowanie dla układów,

w których reagują gazy:

A(g) + 2B(g) ↔ C(g) + D(g)

Wzrost ciśnienia (spadek objętości)

W zbiorniku zawierającym więcej cząsteczek jest

wyższe ciśnienie. Aby zredukować wpływ ciśnienia

równowaga reakcji przesunie się w stronę po której

jest mniej cząsteczek, czyli w prawo.

CIŚNIENIE

Spadek ciśnienia (wzrost objętości)

Równowaga reakcji przesunie się w stronę

po której jest więcej cząsteczek, czyli w lewo.

A + 2B ↔ C + D

Page 16: Chapter 16: Chemical Equilibrium- General Concepts · RÓWNOWAGA CHEMICZNA ... 9 QUIZ Określ czy równowagi poniższych reakcji leża na lewo, na prawo czy są zrównoważone. A)

22/11/2017

16

Obliczenia związane z równowagą reakcji

Zazwyczaj dotyczą

Wyznaczenia stałej

równowagi

Co wymaga

Podstawienia

równowagowych

stężeń lub ciśnień

Do

Wyrażenia na

stałą

równowagi

Przewidywania

składu w stanie

równowagi

Co wymaga

Wyrażenia stężeń

wszystkich składników

Biorąc pod uwagę

równanie reakcji

Stechiometria

Efekt

rozcieńczenia na

skład w

równowadze

Podziału substancji

pomiędzy dwie

niemieszające się fazy

Co zależy od

Stosunku

rozpuszczalności

substancji w obu

cieczach

Wyrażany jako

Współczynnik

podziału

Gdy układ osiągnie równowagę, które z

powyższych stwierdzeń jest prawdziwe?

a. Reakcja jest skończona, nie tworzy się

więcej produktów

b. Stężenia substratów i produktów są równe

c. Stężenia nie ulegają zmianie

d. Reakcja nie została zakończona, ale

będzie kontynuowana na zawsze, jeśli jest

izolowany

e. Szybkość tworzenia produktów jest równa

szybkości ubywania reagentów.

Dla reakcji: SiH4 (g) +2 O2 (g) ↔ SiO2(g) + 2 H2O (l)

a) Napisz wzór na stałą równowagi tej

reakcji

b) napisz wzór na stałą równowagi reakcji

odwrotnej:

c) ile wynosi stała równowagi dla reakcji

jeżeli [SiH4] = 0,45M; [O2] = 0,25M; a,

[SiO2] = 0,15M?

d) ile wynosi stała równowagi dla reakcji

odwrotnej?

Zazwyczaj początkowe warunki reakcji

i stała równowago są stosowane do

wyznaczenia stężenia reagentów

i produktów w stanie równowagi.

Tabela (ICE) z wartościami

przedstawiającymi początkowe (I),

zmieniające się (C) i równowagowe

stężenia (E) pomaga podsumować ten

problem.

64

Page 17: Chapter 16: Chemical Equilibrium- General Concepts · RÓWNOWAGA CHEMICZNA ... 9 QUIZ Określ czy równowagi poniższych reakcji leża na lewo, na prawo czy są zrównoważone. A)

22/11/2017

17

Przykład: Octan etylu, CH3CO2C2H5, jest

syntetyzowany z kwasu octowego i etanolu

zgodnie z reakcją

W temperaturze 25oC stała równowagi, KC, tej

reakcji wynosi 4,10. Przypuśćmy, że 0,100 mola

octanu etylu i 0,150 mola wody zostanie

umieszczone w 1,00 L naczyniu reakcyjnym.

Jakie są stężenia wszystkich substancji w stanie

równowagi?

POMOC: Zastosuj tabelę ICE i stałą równowagi

aby wyznaczyć stężenia równowagowe.

)()()()( 252235223 lOHlHCCOCHlOHHClHCOCH

65

x

x0,250x-0,0150

x

x)-x)(0,150-(0,1004,10

x-0.150x -0.100 x x )( E

x- x - x x )( C

0.150 0.100 0 0 )( I

walo)(przereago zmianie uleglo które stezenie niech x

fazie. samej tej wsą zwiazki Wszystkie

2

2

2c

252235222

K

M

M

M

OHHCCOCHOHHCHCOCH

66

To równanie można rozwiązać zgodnie

z matematycznym równaniem

kwadratowym:

:ukladu tegoDla

2

4 ,0

formie wrównania Dla

22

a

acbbxcbxax

0401,0 xi 121,0 xi

or 4,10x

x0,250x-0,0150

-

2

2

c

0 0,0150- x0,250 x3,10 2

K

67

Ujemne stężenia są niedozwolone tak

więc

Podobne procedury mogą być

zastosowane gdy stosuje się ciśnienia

cząstkowe gazów i KP

MxOH

MxHCCOCH

MxOHHC

MxHCOCH

x

011,0150,0][

060,0100,0][

0401,0][

0401,0][

rownowadze i w0401,0

2

5223

52

23

68

Page 18: Chapter 16: Chemical Equilibrium- General Concepts · RÓWNOWAGA CHEMICZNA ... 9 QUIZ Określ czy równowagi poniższych reakcji leża na lewo, na prawo czy są zrównoważone. A)

22/11/2017

18

Czasami pewne uproszczenia mogą być

poczynione

Przykład: Azot reaguje z tlenem tworząc

monotlenek azotu

Stała tej reakcji Kc= 4,8x10-31. W powietrzu w

temperaturze 25oC pod ciśnieniem 1 atm,

początkowe stężenia N2 i O2 wynoszą 0,033 M

and 0,00810 M. Ile wynoszą stężenia

równowagowe?

POMOC: Stała równowagi jest bardzo mała, więc

niewiele substratów przekształca się w produkty

)(2)()( 22 gNOgOgN

69

18-2

2

31

c

22

108.01or x 00810)(0.033)(0.

4x

,x)-x)(0.00810-(0.033

(2x)

108.4

2xx -0.00810x -0.033 )E(

x x x )C(

0 0.00810 0.033 )( I

2

K

M

M

M

NOON

70

Podstawiając:

[N2]=0,033-x=0,033 M

[O2]=0,00810-x=0,00810 M

[NO]=2x=1,60x10-17 M

71

TAKIE SAME OBLICZENIA

72

Zakładając, że zmiana stężenia reagentów nie jest

brana pod uwagę

Page 19: Chapter 16: Chemical Equilibrium- General Concepts · RÓWNOWAGA CHEMICZNA ... 9 QUIZ Określ czy równowagi poniższych reakcji leża na lewo, na prawo czy są zrównoważone. A)

22/11/2017

19

1. We place 0.0640 mol N2O4 (g) in a 4.00 L flask at 200 K. After reaching equilibrium, the

concentration of NO2(g) is 0.00300 M. What is Keq for the reaction N2O4(g) 2 NO2(g)?

4-2

eq

eq2

42

22

eq242

10 x 6.21 0.00150) - (0.0160

(0.00300) K

0.00150 x 0.00300 2x

M 0.00300 ][NObut

2x 0.0160 E

2x x - C

0 0.0160 I

]O[N

][NO K NO 2 ON

Umieściliśmy 0,064 mola N2O4(g) w zbiorniku o pojemności 4,00 l

w temperaturze 200K. Po uzyskaniu równowago stężenie NO2(g)

wynosiło 0,003 M. Ile wynosi KC dla reakcji N2O4(g) ↔ 2NO2(g)