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ESERCITAZIONE di CHIMICA 9 novembre 2012 GAS e PRESSIONI PARZIALI EQUILIBRIO CHIMICO

ESERCITAZIONE di CHIMICA 9 novembre 2012 GAS e PRESSIONI PARZIALI EQUILIBRIO CHIMICO VELOCIT À DI REAZIONE. 1. GAS e PRESSIONI PARZIALI. 2. In una miscela gassosa ciascun gas esercita una pressione propria detta “ pressione parziale ” p i x V = n i x R x T

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ESERCITAZIONE di CHIMICA 9 novembre 2012 GAS e PRESSIONI PARZIALI EQUILIBRIO CHIMICO

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Presentation Transcript

  1. ESERCITAZIONE di CHIMICA 9 novembre 2012 GAS e PRESSIONI PARZIALI EQUILIBRIO CHIMICO VELOCITÀ DI REAZIONE 1

  2. GAS e PRESSIONI PARZIALI 2

  3. In una miscela gassosa ciascun gas esercita una pressione propria detta “pressione parziale” pi x V = ni x R x T Ptotale x V = ntotale x R x T Ptotale = p1 + p2 + p3 .... + pi = i pi ntotale = n1 + n2 + n3 .... + ni = i ni 3

  4. PRESSIONI PARZIALI E MOLARITÀ In una miscela gassosa la pressione parziale di ciascun gas è proporzionale alla sua concentrazione: pi x V = ni x R x T ni x R x T ni pi = -------------- = --- x R x T = Mi x R x T V V 4

  5. 1 Un recipiente del volume di 15 L contiene: 0,1 mol di ossigeno 0,25 mol di azoto 0,3 mol di elio 0,2 mol di metano Calcolare le pressioni parziali e la pressione totale a 27 °C 5

  6. 2 pO2 = (nO2 / V) x R x T = (0,1 / 15) x 0,082 x 300 = 0,16 atm pN2 = (nN2 / V) x R x T = (0,25 / 15) x 0,082 x 300 = 0,41 atm pHe = (nHe / V) x R x T = (0,3 / 15) x 0,082 x 300 = 0,49 atm pCH4 = (nCH4 / V) x R x T = (0,2 / 15) x 0,082 x 300 = 0,33 atm Ptotale = pO2 + pN2 + pHe + pCH4 = 1,39 atm moli totali = 0,1 + 0,25 + 0,3 + 0,2 = 0,85 Ptotale = (0,85 / V) x R x T = 1,39 atm 6

  7. 1 MISCELE GASSOSE: FRAZIONE MOLARE moli gas (mol) frazione molare X = ------------------------ moli totali (mol) 7

  8. 2 PRESSIONI PARZIALI E FRAZIONE MOLARE In una miscela gassosa ciascun gas esercita una pressione propria detta “pressione parziale” pi x V = ni x R x T Ptotale x V = ntotale x R x T pi / Ptotale = ni / ntotale pi = Ptotale x Xi 8

  9. 3 Una miscela gassosa contiene: 5 moli di ossigeno, 7 moli di azoto e 3 moli di elio Sapendo che la pressione totale è di 10 atm, calcolare le pressioni parziali dei tre gas moli totali = 5 + 7 + 3 = 15 mol pO2 = 10 x (5 / 15) = 3,3 atm pN2 = 10 x (7 / 15) = 4,6 atm pHe = 10 x (3 / 15) = 2,0 atm

  10. EQUILIBRIO CHIMICO 10

  11. 1 Reazione generica alla temperatura T: a A + b B  c C + d D [ C ]c x [ D ]d quoziente di reazione Q = ----------------- (valore variabile!) [ A ]a x [ B ]b 11

  12. 2 Reazione generica alla temperatura T: a A + b B  c C + d D All’equilibrio: [ C ]ceq x [ D ]deq Q = kc = ---------------------- [ A ]aeq x [ B ]beq kc = costante equilibrio alla temperatura T (valore noto!) Il valore di kc dipende solo dalla temperatura! 12

  13. Equilibrio in fase gassosa (reagenti e prodotti sono gas!) 3 O2 (g) 2 O3 (g) [ O3 ]2eq kc = ----------- = 6,2 x 10-57 a T = 25 °C [ O2 ]3eq Equilibrio fortemente spostato verso il reagente! 13

  14. Equilibrio in fase gassosa (reagenti e prodotti sono gas!) CO (g) + 2 H2 (g) CH3OH (g) [ CH3OH ]eq kc = ---------------------- = 290 a T = 700 K [ CO ] x [ H2 ]2eq Equilibrio spostato verso il prodotto! 14

  15. Equilibrio in fase mista NH4Cl (s) NH3 (g) + HCl (g) [ NH3 ]eq x [ HCl ]eq kc = -------------------------- = [ NH3 ]eq x [ HCl ]eq [ NH4Cl ]eq La concentrazione delle sostanze “pure” solide o liquide è costante e ricompresa nel valore di kc! 15

  16. Equilibrio in fase mista CaCO3 (s) CaO (s) + CO2 (g) [ CaO ]eq x [ CO2 ]eq kc = --------------------------- = [ CO2 ]eq [ CaCO3 ]eq La concentrazione delle sostanze “pure” solide o liquide è costante e ricompresa nel valore di kc! 16

  17. Calcolare la molarità dell’acqua pura a 4 °C massa specifica acqua = 1.000 g / L massa molare acqua = 18 g / mol molarità acqua = 1.000 / 18 = 55,55 mol / L La molarità dell’acqua a 4 °C è un numero costante! 17

  18. Equilibrio in soluzione (reagenti e prodotti sono in soluzione) CH3COOH (aq) + H2O (l) H3O+ (aq) + CH3COO-(aq) [ H3O+ ]eq x [ CH3COO- ]eq [ H3O+ ]eq x [ CH3COO- ]eq kc = ----------------------------------- = ----------------------------------- [ CH3COOH ]eq x [ H2O ]eq [ CH3COOH ]eq La concentrazione delle sostanze “pure” solide o liquide è costante e ricompresa nel valore di kc! 18

  19. A + B ↔ C kc = 20 Alla temperatura T il quoziente di reazione Q = 200 All’equilibrio, la concentrazione di C è: minore, maggiore, non varia, aumenta di 10 volte [ C ] [ C ]eq Q = --------------- = 200 kc = -------------------- = 20 [ A ] x [ B ] [ A ]eq x [ B ]eq

  20. 1 2009-2010 A + B ↔ C + D kc = 4 Nelle condizioni iniziali si hanno le seguenti concentrazioni: [ A ] = 1 M [ B ] = 1 M [ C ] = 0 [ D ] = 0 Quale sarà la concentrazione all’equilibrio di C? 0,25 M 0,58 M 0,75 M 0,66 M 20

  21. 2 2009-2010 iniziali 1 1 0 0 A + B ↔ C + D equilibrio 1 - x 1 - x x x [ C ]eq x [ D ]eq x2 x kc = -------------------- = --------- = 4 ------ = 2 [ A ]eq x [ B ]eq (1 - x)2 1 - x x = 0,66 mol /L [ C ]eq = 0,66 mol / L 21

  22. 1 2009-2010 Un campione di 18,4 grammi di N2O4 gassoso è racchiuso in un recipiente del volume di 5 L ad una data temperatura Il composto si dissocia secondo la reazione: N2O4 (g) ↔ 2 NO2 (g) Sapendo che all’equilibrio il 40% dell’N2O4 si è dissociato, calcolare il valore della kc

  23. 2 massa molare N2O4 = 92 g / mol moli iniziali N2O4 = 18,4 / 92 = 0,2 mol moli iniziali 0,2 0 N2O4 (g) ↔ 2 NO2 (g) moli equilibrio 0,2 - x 2 x moli dissociate N2O4 = 0,2 x 0,40 = 0,08 mol x = 0,08 moli equilibrio N2O4 = 0,2 - 0,08 = 0,12 mol moli equilibrio NO2 = 0,08 x 2 = 0,16 mol 23

  24. 3 moli iniziali 0,20 N2O4 (g) ↔ 2 NO2 (g) moli equilibrio 0,12 0,16 Volume = 5 L [ NO2 ]2eq (0,032)2 kc = ------------- = ----------- = 0,043 N2O4 ]eq 0,024 24

  25. 1 2009-2010 Un campione di 3,4 grammi di NH3 gassosa è racchiuso in un recipiente del volume di 1 L ad una data temperatura Il composto si dissocia secondo la reazione: 2 NH3 (g) ↔ N2(g) + 3 H2 (g) Sapendo che all’equilibrio il 30% di NH3 si è dissociato, calcolare il valore della kc 25

  26. 2 massa molare NH3 = 17 g / mol moli iniziali NH3 = 3,4 / 17 = 0,2 mol moli iniziali 0,2 0 0 2 NH3 (g) ↔ N2 (g) + 3 H2 (g) moli equilibrio 0,2 - x x/2 3/2 x moli dissociate NH3 = 0,2 x 0,30 = 0,06 mol x = 0,06 moli equilibrio NH3 = 0,2 - 0,06 = 0,14 mol moli equilibrio N2 = 0,06 x (1/2) = 0,03 mol moli equilibrio H2 = 0,06 x (3/2) = 0,09 mol 26

  27. 3 moli iniziali 0,2 0 0 2 NH3 (g) ↔ N2 (g) + 3 H2 (g) moli equilibrio 0,14 0,03 0,09 Volume = 1 L [ N2 ]eq x [ H2 ]3eq 0,03 x (0,09)3 kc = ------------------------- = ------------------- = 1,11 x 10-3 [ NH3 ]2eq (0,14)2 27

  28. EQUILIBRIO CHIMICO e CALORE 28

  29. Reazioni esotermiche: producono calore Q, cioè cedono Q all’ambiente Reazioni endotermiche: richiedono calore Q, cioè sottraggono Q all’ambiente Q va considerato come un reagente o un prodotto! Q + A + B ↔ C + D (endotermica) A + B ↔ C + D + Q (esotermica) 29

  30. 2009-2010 Si consideri la reazione all’equilibrio: A + B ↔ C + D Sapendo che un aumento della temperatura porta ad un aumento dei prodotti, si deduce che la reazione è: endotermica esotermica endotermica solo se prodotti e reagenti sono gassosi esotermica solo se è un equilibrio eterogeneo

  31. 2008-2009 Data la reazione (endotermica) all’equilibrio: Q + H2 (g) + I2 (g) ↔ 2 HI (g) L’equilibrio si sposterà a sinistra se c’è un aumento di: temperatura concentrazione di I2 (g) concentrazione di HI (g) volume del contenitore della reazione

  32. 1 2008-2009 In un recipiente del volume di 10 litri posto a 500 K sono state immesse 4 moli di I2 gassoso e 4 moli di H2 gassoso (kc = 62,5) Calcolare le concentrazioni dei reagenti e dei prodotti all’equilibrio, le loro pressioni parziali e quella totale H2 (g) + I2 (g) ↔ 2 HI (g) 32

  33. 2 moli iniziali 4 4 0 H2 (g) + I2 (g) ↔ 2 HI (g) moli equilibrio 4 - x 4 - x 2 x Volume = 10 L (2 x)2 --------- [ HI ]2eq 102 (2 x)2 kc = --------------------- = --------- = --------- = 62,5 [ H2 ]eq x [ I2 ]eq (4 - x)2 (4 - x)2 --------- 102 33

  34. 3 moli iniziali 4 4 0 H2 (g) + I2 (g) ↔ 2 HI (g) moli equilibrio 4 - x 4 - x 2 x (2 x)2 2 x kc = 62,5 = --------- 7,9 = ------- x = 3,2 (4 - x)2 4 - x 34

  35. 4 moli iniziali 4 4 0 H2 (g) + I2 (g) ↔ 2 HI (g) moli equilibrio 4 - x 4 - x 2 x x = 3,2 mol Volume = 10 L 35

  36. 1 2008-2009 In un recipiente del volume di 15 litri posto a 400 K sono state immesse 2 moli di I2 gassoso, 2 moli di H2 gassoso e 4 moli di HI gassoso (kc = 49) Calcolare le concentrazioni dei reagenti e dei prodotti all’equilibrio, le loro pressioni parziali e la pressione totale H2 (g) + I2 (g) ↔ 2 HI (g)

  37. 2 moli iniziali 2 2 4 H2 (g) + I2 (g) ↔ 2 HI (g) moli equilibrio 2 - x 2 - x 4 + 2 x Volume = 15 L (4 + 2 x)2 ------------ [ HI ]2eq 152 (4 + 2 x)2 kc = -------------------- = ------------ = ------------- = 49,0 [ H2 ]eq x [ I2 ]eq (2 - x)2 (2 - x)2 ------------ 152 37

  38. 3 moli iniziali 2 2 4 H2 (g) + I2 (g) ↔ 2 HI (g) moli equilibrio 2 - x 2 - x 4 + 2 x (4 + 2 x)2 4 + 2 x kc = 49,0 = ------------ 7,0 = ---------- x = 1,11 (2 - x)2 2 - x 38

  39. 4 moli iniziali 2 2 4 H2 (g) + I2 (g) ↔ 2 HI (g) moli equilibrio 2 - x 2 - x 4 + 2 x x = 1,11 mol Volume = 15 L 39

  40. 1 2008-2009 In un recipiente del volume di 1 litro posto a 1000 K sono state immesse 1 mole di A gassoso, 1 mole di B gassoso e 100 moli di C gassoso (kc = 0,01) Calcolare le concentrazioni dei reagenti e dei prodotti all’equilibrio A (g) + B (g) ↔ 2 C (g) 40

  41. 2 moli iniziali 1 1 100 A (g) + B (g) ↔ 2 C (g) moli equilibrio 1 - x 1 - x 100 + 2 x Volume = 1 L (100 + 2 x)2 --------------- [ C ]2eq 12 (100 + 2 x)2 kc = -------------------- = --------------- = ---------------- = 0,01 [ A ]eq x [ B ]eq (1 - x)2 (1 - x)2 --------------- 12 41

  42. 3 moli iniziali 1 1 100 A (g) + B (g) ↔ 2 C (g) moli equilibrio 1 - x 1 - x 100 + 2 x (100 + 2 x)2 100 + 2 x kc = 0,01 = -------------- 0,1 = ------------- x = - 47,6 (1 - x)2 1 - x L’equilibrio si sposta a sinistra! 42

  43. 4 moli iniziali 1 1 100 A (g) + B (g) ↔ 2 C (g) moli equilibrio 1 - x 1 - x 100 + 2 x x = - 47,6 mol Volume = 1 L 43

  44. EQUILIBRIO GASSOSO e PRESSIONE 44

  45. 1 kc e kp Negli equilibri in fase gassosa la costante di equilibrio può essere espressa sia come kc, sia come kp: A (g) + B (g) C (g) + D (g) [ C ]eq x [ D ]eqpCeq x pDeq kc = -------------------- kp = ----------------- [ A ]eq x [ B ]eqpAeq x pBeq kc e kp possono essere uguali o differenti! 45

  46. 2 A (g) + B (g) C (g) + D (g) [ C ]eq x [ D ]eqpCeq x pDeq kc = --------------------- kp = ----------------- [ A ]eq x [ B ]eqpAeq x pBeq ([ C ] x R x T) x ([ D ] x R x T) kp = ----------------------------------------- = kc ([ A ] x R x T) x ([ B ] x R x T) 46

  47. 3 A (g) + B (g) C (g) [ C ]eqpCeq kc = --------------------- kp = ----------------- [ A ]eq x [ B ]eqpAeq x pBeq ([ C ] x R x T) kc kp = ----------------------------------------- = ------- ([ A ] x R x T) x ([ B ] x R x T) R x T 47

  48. kc uguale a kp Negli equilibri gassosi dove il numero di moli dei reagenti e dei prodotti sono uguali! kc diverso da kp Negli equilibri gassosi dove il numero di moli dei reagenti e dei prodotti sono differenti! 48

  49. Negli equilibri con gas, la variazione di pressione totale P può perturbare lo stato di equilibrio, ma NON la kc e la kp che dipendono solo dalla temperatura! 49

  50. A(g) + B(g)↔ C(g) + D(g) [ A ]eq = [ B ]eq = [ C ]eq = [ D ]eq = 1 mol / L [ C ]eq x [ D ]eq kc = -------------------- = 1 [ A ]eq x [ B ]eq Raddoppiando la pressione, il volume si dimezza! [ A ] = [ B ] = [ C ] = [ D ] = 2 mol / L Q = 1 L’equilibrio non si è perturbato! 50

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