Zadanie 1.
/CKE, czerwiec 2012/
Odpowiedź
a) Układ będący w stanie równowagi zawsze dąży do zminimalizowania bodźca, który tę równowagę zaburza. Skoro my zwiększamy ciśnienie, to układ poprzez przeprowadzanie reakcji w stronę substratów lub produktów, będzie chciał ciśnienie obniżyć. Zgodnie z równaniem Clapeyrona (pV = nRT) ciśnienie jest wprost proporcjonalne do liczby moli gazów. W przypadku syntezy jodowodoru zarówno po stronie substratów, jak i produktów mamy sumarycznie 2 mole gazów, zatem nieważne w którą stronę będzie biegła reakcja i tak nie nastąpi zmiana ciśnienia. Wniosek: stan równowagi w tym przypadku nie ulegnie zmianie. Inaczej sytuacja wygląda w przypadku syntezy amoniaku – wzrost ciśnienia spowoduje przesunięcie równowagi w prawo i tym samym wzrost wydajności tej reakcji.
b) Analogicznie, skoro my zwiększamy temperaturę, to układ będzie chciał temperaturę obniżyć. Synteza jodowodoru jest reakcją endoenergetyczną (ΔH > 0, ciepło jako substrat), zatem równowaga przesunie się w prawo. Odwrotnie dla egzoenergetycznej reakcji syntezy amoniaku – wydajność zmaleje.
Zadanie 2. Szybkość reakcji 2SO2 + O2→ 2SO3 wyraża się równaniem kinetycznym v = k * [SO2]2 * [O2]. Oblicz, jak zmieni się szybkość tej reakcji, jeżeli do przeprowadzenia procesu, przy niezmienionej ilości reagentów, zastosuje się naczynie o trzykrotnie mniejszej objętości.
/CKE, maj 2005/
Odpowiedź
Obliczmy na początku szybkość tej reakcji dla pierwotnej objętości, przyjmując:
[SO2] = x
[O2] = y
v1 = k * x2 * y
Następnie zastanówmy się, jak zmienią się poszczególne stężenia dla trzykrotnie mniejszej objętości. Jako iż we wzorze na stężenie molowe, objętość występuje w mianowniku (C = n / V) to zmiana stężenia będzie odwrotnie proporcjonalna do zmiany objętości, czyli w naszym przykładzie wzrośnie trzykrotnie.
[SO2] = 3x
[O2] = 3y
v2 = k * (3x)2 * 3y = 27 * k * x2 * y = 27 * v1
v2 / v1 = 27
Szybkość reakcji wzrośnie 27 razy.
Zadanie 3.
/CKE, maj 2014/
Odpowiedź
Równania reakcji w obliczeniach termodynamicznych możemy traktować jak równania matematyczne. Cała trudność powyższego zadania polega wówczas na odpowiednim dodaniu, odjęciu, wymnożeniu lub podzieleniu podanych równań tak, aby otrzymać reakcję końcową.
Co powinniśmy zrobić w tym konkretnym przypadku? Pierwszą reakcję bierzemy ze znakiem ujemnym, gdyż C2H6 chcemy mieć po przeciwnej stronie. Dalej dodajemy reakcję drugą i trzecią (C2H4 oraz H2 pozostają po stronie lewej) i wszystko gotowe. Na koniec warto sprawdzić jeszcze na wszelki wypadek, czy na pewno skrócą nam się cząsteczki tlenu, wody oraz dwutlenku węgla.
–1 + 2 + 3 = –(–1560,7) + (–1411,2) + (–285,8) = –136,3 kJ/mol
Zadanie 4. Stała równowagi reakcji syntezy jodowodoru wynosi 50. Ile moli wodoru należy użyć do reakcji z jednym molem jodu, aby wydajność reakcji wyniosła 90%?
/Zadanie podesłane przez jednego z czytelników/
Odpowiedź
Zacznijmy od napisania równania reakcji oraz wzoru na stałą:
H2 + I2 ⇌ 2HI
K = [HI]2 / ([H2] * [I2])
No i teraz najważniejsza część rozwiązania, od której zależy końcowy sukces. Musimy napisać tabelkę... Tak jest najprościej, najczytelniej i serdecznie polecam Ci tą metodę. Pamiętaj jedynie, aby uwzględnić stechiometrię reakcji, no i oczywiście wydajność podaną w treści zadania.
Mając już poprawnie wypełnioną tabelę, wystarczy stężenia końcowe (równowagowe) podstawić do wzoru i wyliczyć niewiadomą x:
K = (1,8)2 / [(x – 0,9) * 0,1]
50 = 3,24 / (0,1x – 0,09)
x = 1,55 mola wodoru
