Χημεία (Β Γενικού Λυκείου - Ομάδα Προσ/σμού Θετικών Σπουδών) - Βιβλίο Μαθητή
4.2 Παράγοντες που επηρεάζουν τη θέση χημικής ισορροπίας - Αρχή Le Chatelier 5.1 Αριθμός οξείδωσης. Οξείδωση - Αναγωγή Επιστροφή στην αρχική σελίδα του μαθήματος

4.3 Σταθερά χημικής ισορροπίας Κc - Κp

Γενικά

Δύο βασικά ερωτήματα που αφορούν τη χημική αντίδραση είναι:
α. Πόσο γρήγορα ή αργά φτάνει μια χημική αντίδραση στην κατάσταση χημικής ισορροπίας;
β. Αν γνωρίζουμε την αρχική σύσταση του αντιδρώντος συστήματος, τις αρχικές δηλαδή ποσότητες των ουσιών που συμμετέχουν στην αντίδραση, προς τα πού θα οδηγηθεί η αντίδραση και ποια θα είναι η τελική της σύσταση; Ποιες θα είναι δηλαδή οι συγκεντρώσεις αντιδρώντων και προϊόντων στη θέση χημικής ισορροπίας;
Την απάντηση στο πρώτο ερώτημα δίνει η χημική κινητική, ενώ το κλειδί για την απάντηση στο δεύτερο ερώτημα αποτελεί μία σταθερά, που ονομάζεται σταθερά χημικής ισορροπίας.

Σταθερά χημικής ισορροπίας - Κc

Για μια αμφίδρομη χημική αντίδραση που περιγράφεται από τη χημική εξίσωση:

αΑ(g) + βΒ(g) Εικόνα γΓ(g) + δΔ(g)

αποδεικνύεται ότι στην κατάσταση χημικής ισορροπίας η παράσταση
Εικόνα έχει μια σταθερή τιμή που συμβολίζεται με Κc. Η σταθερά αυτή ονομάζεται σταθερά χημικής ισορροπίας και μεταβάλλεται μόνο με τη θερμοκρασία. Η παραπάνω σχέση μεταξύ των συγκεντρώσεων των αντιδρώντων και προϊόντων εκφράζει το νόμο χημικής ισορροπίας.

Εικόνα

Είναι προφανές ότι, όσο μεγαλύτερη είναι η τιμή της Κc τόσο μεγαλύτερο ποσοστό των αντιδρώντων μετατρέπεται σε προϊόντα, δηλαδή τόσο περισσότερο η χημική ισορροπία είναι μετατοπισμένη προς τα δεξιά και όσο μικρότερη είναι η τιμή της Κc τόσο περισσότερο η χημική ισορροπία είναι μετατοπισμένη προς τα αριστερά.

Κινητική απόδειξη του νόμου χημικής ισορροπίας

Έστω η αμφίδρομη αντίδραση:
2A(g) + B(g) Εικόνα A2B(g)
η οποία λαμβάνει χώρα σε ένα στάδιο και προς τις δύο κατευθύνσεις, είναι δηλαδή απλή αντίδραση και προς τις δύο κατευθύνσεις. Με βάση το νόμο της ταχύτητας, η ταχύτητα της αντίδρασης προς τα δεξιά είναι: υ1 = k1[A]2[B],
και αντίστοιχα προς τα αριστερά είναι: υ2 = k2[A2B].
Στην ισορροπία όμως έχουμε: υ1 = υ2 οπότε,
k1[A]2[B] = k2[A2B] ή
ΕικόναΕικόνα

Σταθερά χημικής ισορροπίας – Κp

Αν στο σύστημα ισορροπίας συμμετέχουν αέρια, τότε ο νόμος χημικής ισορροπίας μπορεί να εκφραστεί σε συνάρτηση με τις μερικές πιέσεις των αερίων. Η αντίστοιχη σταθερά συμβολίζεται Κp και εξαρτάται μόνο από τη θερμοκρασία. Δηλαδή για τη χημική εξίσωση:

N2(g) + 3H2(g) Εικόνα 2NH3(g)
έχουμε:
Εικόνα

Σχέση που συνδέει την Kp με την Kc

Δίνεται η χημική εξίσωση:
α Α(g) + β B(g) Εικόνα γ Γ(g) + δ Δ(g)
H Kp δίνεται από τη σχέση:

Εικόνα

δηλαδή,
Kp = Kc(RT)Δn

όπου, Δn = γ+δ – (α+β),

Αν Δn = 0, τότε Kp = Kc Στην περίπτωση αυτή η Kc και η Kp είναι
καθαροί αριθμοί.


Προς ποια κατεύθυνση κινείται μια αντίδραση;

Έστω η ισορροπία: αΑ(g) + βΒ(g) Εικόνα γΓ(g) + δΔ(g)
Στη θέση χημικής ισορροπίας η τιμή του κλάσματος Εικόνα ισούται με Kc. Το παραπάνω κλάσμα, που ονομάζεται πηλίκο αντίδρασης και συμβολίζεται με Qc, έχει τιμή διάφορο της Kc σε κατάσταση μη ισορροπίας. Με βάση την τιμή της Qc μπορούμε να προβλέψουμε προς ποια κατεύθυνση οδεύει μια αντίδραση (δεξιά ή αριστερά), ώστε να αποκατασταθεί η ισορροπία. Μπορούμε δηλαδή να διακρίνουμε τις εξής περιπτώσεις:

i). Αν Qc = Kc το σύστημα βρίσκεται σε κατάσταση ισορροπίας
ii) Αν Qc Kc τότε η αντίδραση πηγαίνει προς τα δεξιά, ώστε η τιμή του Qc να μεγαλώσει (μικραίνει ο παρανομαστής του κλάσματος και μεγαλώνει ο αριθμητής). Κατ΄ αυτό τον τρόπο το σύστημα προσεγγίζει τη θέση ισορροπίας, όπου Qc = Kc.
iii) Αν Qc > Kc, τότε η αντίδραση οδεύει προς τα αριστερά, ώστε το σύστημα να φτάσει σε ισορροπία.

Παράδειγμα 4.4

Σε δοχείο όγκου 10 L έχουμε σε ισορροπία 40 mol NH3, 20 mol H2 και 60 mol N2. Ποια η τιμή της Kc των παρακάτω εξισώσεων που περιγράφουν το φαινόμενο:
Εικόνα

ΛΥΣΗ
Στην κατάσταση χημικής ισορροπίας οι συγκεντρώσεις των τριών σωμάτων είναι:

Εικόνα

Για την (1) η τιμή του κλάσματος Εικόνα στην ισορροπία ισούται με την Kc αυτής της εξίσωσης, άρα:

Εικόνα

Ανάλογα, για τη (2) η τιμή του κλάσματος Εικόνα στην ισορροπία ισούται με τη σταθερά ισορροπίας της εξίσωσης αυτής, Kc' , οπότε:

Εικόνα

Εφαρμογή

Σε δοχείο όγκου V έχουμε σε ισορροπία ποσότητες SO2, O2 και SO3. H Kc της αντίδρασης: 2 SO2(g) + O2 (g) Εικόνα 2 SO3(g) είναι 4 Lmol-1.
Ποια είναι η τιμή της Kc για κάθε αντίδραση:
α. 2 SO3 (g) Εικόνα 2 SO2 (g) + O2(g)
β. SO2 (g) + ½ O2Εικόνα SO3 (g)

Παράδειγμα 4.5

Σε δοχείο όγκου 1 L υπάρχει ποσότητα στερεού C σε ισορροπία με 4 mol CO2 και 8 mol CO. Ποια είναι η τιμή της Kc της χημικής εξίσωσης
CO2(g) + C(s) Εικόνα 2CO (g);

ΛΥΣΗ
Τα καθαρά στερεά σώματα παραλείπονται από την έκφραση της σταθεράς χημικής ισορροπίας. Η συγκέντρωση των στερεών θεωρείται σταθερή και η τιμή της είναι ενσωματωμένη στην τιμή της σταθεράς ισορροπίας. Έτσι, η σταθερά Kc της χημικής εξίσωσης
CO2(g) + C(s) Εικόνα 2CO (g)
είναι:

Εικόνα

Εφαρμογή

Σε δοχείο όγκου 1 L υπάρχει ποσότητα στερεού C σε ισορροπία με 2 mol CO2 και 6 mol CO σε θερμοκρασία θ1. Ποια είναι η τιμή του Kc για καθεμιά από τις παρακάτω των χημικές εξισώσεις:
α. CO2(g) + C(s) Εικόνα 2 CO(g)
β. 2 CO(g) Εικόνα CO2(g) + C(s)


Παράδειγμα 4.6

Σε δοχείο όγκου 1 L και σε θερμοκρασία 500 °C εισάγονται 3 mol H2 και 3 mol I2. Να υπολογίσετε τον αριθμό mol ΗΙ στη θέση ισορροπίας, καθώς και την απόδοση της αντίδρασης, αν η Kc της χημικής εξίσωσης

Η2(g) + I2(g) Εικόνα 2HI(g) στους 500 °C ισούται με 49.

ΛΥΣΗ
Ονομάζουμε x mol την ποσότητα του Η2 που αντιδρά και σχηματίζουμε τον παρακάτω πίνακα. Για το x υπάρχει ο περιορισμός: 0 δηλαδή ως ποσότητα θα έχει θετική τιμή και μικρότερη από τα συνολικά mol Η2 που διαθέτουμε.

ποσότητες / mol Η2(g) + I2(g) Εικόνα 2HI(g)
αρχικά 3 3 -
αντιδρούν x x -
παράγονται - - 2x
ισορροπία 3 - x 3 - x 2x

Στην κατάσταση χημικής ισορροπίας ισχύει ο τύπος:

Εικόνα

λύση, η οποία ικανοποιεί τον περιορισμό που θέσαμε και είναι δεκτή.
Άρα στην ισορροπία θα έχουμε Εικόνα και η
απόδοση της αντίδρασης θα είναι Εικόνα

Εφαρμογή

Σε δοχείο όγκου 1 L και σε θερμοκρασία θ1 εισάγονται 4 mol PCl5 που διασπώνται μερικώς, σύμφωνα με τη χημική εξίσωση. Πόσα mol Cl2 θα έχουμε στην ισορροπία αν η Kc της αντίδρασης:
PCl5(g) Εικόνα PCl3(g) + Cl2(g) ισούται με 9 σε θερμοκρασία θ1.


Παράδειγμα 4.7

Σε δοχείο όγκου 41 L εισάγονται 2 mol N2O4. Θερμαίνουμε στους 27 °C οπότε το N2O4 διασπάται μερικώς, σύμφωνα με την αντίδραση:
N2O4(g) Εικόνα 2NO2(g)
Το αέριο μίγμα ισορροπίας έχει ολική πίεση P =1,8 atm. Ζητούνται:
α. Η συνολική ποσότητα σε mol (nολ) των ουσιών στη θέση ισορροπίας
β. Οι μερικές πιέσεις των αερίων στην ισορροπία
γ. Η τιμή της Kp της αντίδρασης.

ΛΥΣΗ
Ονομάζουμε x mol την ποσότητα του N2O4 που αντιδρά και σχηματίζουμε τον ακόλουθο πίνακα.

ποσότητες / mol N2O4(g) Εικόνα 2NO2(g)
αρχικά 2 -
αντιδρούν x
παράγονται
2x
ισορροπία 2-x 2x

Στην ισορροπία έχουμε:
n = (2-x+2x) mol = (2+x) mol
P = 1,8 atm
V = 41 L
T = θ +273 = 300 Κ
Γράφουμε την καταστατική εξίσωση για το μίγμα και έχουμε:

Εικόνα

Εφαρμογή

Σε κλειστό δοχείο όγκου V = 8,2 L εισάγονται 2 mol PCl5 και θερμαίνουμε στους 227 °C, οπότε ο PCl5 διασπάται μερικώς σύμφωνα με την αντίδραση:
PCl5(g) Εικόνα PCl3(g) + Cl2(g)
Το αέριο μίγμα ισορροπίας έχει ολική πίεση P =12,5 atm.
(α) Ποιες είναι οι μερικές πιέσεις των τριών αερίων στην ισορροπία;
(β) Ποια είναι η τιμή της Kp της αντίδρασης;


Παράδειγμα 4.8

Σε δοχείο όγκου V = 20 L εισάγονται στους 500 °C 4 g Η2, 508 g Ι2 και 1024 g HI. Να διερευνήσετε αν το σύστημα είναι σε ισορροπία. Αν όχι, προς ποια κατεύθυνση οδεύει η αντίδραση και ποιες θα είναι οι ποσότητες των αερίων στη θέση ισορροπίας; Δίνεται ότι, η Kc της παρακάτω αντίδρασης στους 500 °C είναι 9.
Η2(g) + Ι2(g) Εικόνα 2ΗΙ(g)

ΛΥΣΗ
Υπολογίζουμε τον αριθμό mol των τριών αερίων στην αρχική κατάσταση:
Εικόνα
Υπολογίζουμε την τιμή του κλάσματος:
Εικόνα
στην αρχική κατάσταση, ώστε να διερευνήσουμε προς ποια κατεύθυνση οδεύει η αντίδραση:

Εικόνα

Διαπιστώνουμε ότι Qc > Kc, συνεπώς το σύστημα δεν είναι σε κατάσταση ισορροπίας και μάλιστα η αντίδραση οδεύει προς τα αριστερά μέχρις ότου το κλάσμα πάρει την τιμή Qc' = Kc. Ονομάζουμε x mol την ποσότητα του ΗΙ που αντιδρά και σχηματίζουμε το σχετικό πίνακα.

ποσότητες / mol Η2(g) + Ι2(g) Εικόνα 2ΗΙ(g)
αρχικά 2 2 8
αντιδρούν

x
παράγονται x/2 x/2
ισορροπία 2 + x/2 2 + x/2 8-x

Στην ισορροπία:
Εικόνα
Η σύσταση του μίγματος στην ισορροπία είναι: 7,2 mol HI, 2,4 mol Η2 και 2,4 mol Ι2.

Εφαρμογή

Σε δοχείο όγκου 10 L, εισάγουμε 0,6 mol N2, 0,4 mol Η2 και 0,4 mol NH3 σε θερμοκρασία 375 °C. Αν η Kc της αντίδρασης:
Ν2(g) + 3H2(g) Εικόνα 2NH3(g)
στους 375 °C είναι ίση με 1,2, να διερευνήσετε αν το σύστημα είναι σε ισορροπία και αν όχι, προς ποια κατεύθυνση οδεύει η αντίδραση.


Παράδειγμα 4.9

Σε δοχείο όγκου 1 L που περιέχει σε ισορροπία 0,8 mol SO2, 0,1 mol NO2, 0,6 mol SO3 και 0,4 mol NO προσθέτουμε 0,3 mol NO2. Τι θα συμβεί στην ισορροπία και ποια θα είναι η ποσότητα του ΝΟ2 στην τελική ισορροπία;
Δίνεται η ισορροπία: SO2(g) + NO2(g) Εικόνα SO3(g) + NO(g).

ΛΥΣΗ
Αφού στην ισορροπία προστέθηκε NO2, η αντίδραση σύμφωνα με την αρχή Le Chatelier θα προχωρήσει προς τα δεξιά, οπότε η ποσότητα του NO2 ελαττώνεται. Σχηματίζουμε τον παρακάτω πίνακα:

ποσότητες / mol SO2(g) + NO2(g) Εικόνα SO3(g) + NO(g)
αρχική ισορροπία 0,8 0,1 0,6 0,4
προσθέτουμε - 0,3 - -
αντιδρούν x x - -
σχηματίζονται - - x x
τελική ισορροπία 0,8-x 0,4-x 0,6+x 0,4+x

Από την αρχική ισορροπία υπολογίζουμε την Kc:

Εικόνα

όπου V ο όγκος του δοχείου σε L.
Αφού η θ παραμένει σταθερή, η Kc δε μεταβάλλεται και στην τελική ισορροπία έχουμε:
Εικόνα
Η δεκτή λύση είναι x = 0,17, οπότε στην τελική ισορροπία έχουμε (0,4–0,17) mol = 0,23 mol NO2.

Εφαρμογή

Σε δοχείο 2 L έχουμε σε ισορροπία 4 mol PCl5, 2 mol PCl3 και 8 mol Cl2. Προσθέτουμε 4 mol PCl5. Ποιες οι ποσότητες όλων των αερίων στη νέα ισορροπία;
Δίνεται η ισορροπία: PCl5(g) Εικόνα PCl3(g) + Cl2(g)


Παράδειγμα 4.10

Σε δοχείο όγκου 2 L έχουμε σε ισορροπία 8 mol PCl5, 4 mol PCl3 και 8 mol Cl2. Διπλασιάζουμε τον όγκο του δοχείου και διατηρούμε τη θερμοκρασία σταθερή. Πόσα mol Cl2 θα έχουμε στη νέα ισορροπία;
Δίνεται η εξίσωση ισορροπίας: PCl5(g) Εικόνα PCl3(g) + Cl2(g)

ΛΥΣΗ
Η αύξηση του όγκου του δοχείου ελαττώνει την πίεση του μίγματος.
Σύμφωνα με την αρχή Le Chatelier, η χημική ισορροπία μετατοπίζεται προς τα δεξιά, όπου υπάρχουν περισσότερα mol αερίων σωμάτων. Ονομάζουμε x mol την ποσότητα PCl5(g) που αντιδρά και συμπληρώνουμε τον ακόλουθο πίνακα:

ποσότητες / mol PCl5(g) Εικόνα PCl3(g) + Cl2(g)
αρχική ισορροπία 8 4 8
αντιδρούν x - -
σχηματίζονται -
x
x
τελική ισορροπία. 8-x 4+x 8+x

Από την αρχική ισορροπία υπολογίζουμε την τιμή της Kc:

Εικόνα

Η θερμοκρασία μένει σταθερή, άρα και η Kc. Στην τελική ισορροπία από την τιμή της Kc υπολογίζουμε: Εικόνα
δεκτή λύση που ικανοποιεί τον περιορισμό 0<x<8. Επομένως το Cl2 στην τελική ισορροπία θα είναι: (8+1,49) mol = 9,49 mol.

Εφαρμογή

Σε ένα δοχείο που έχει όγκο V1 = 3 L βρίσκονται σε ισορροπία 2 mol N2O4 και 1 mol NO2, σύμφωνα με τη χημική εξίσωση:
N2O4(g) Εικόνα 2NO2(g)
α. Να βρείτε την τιμή της Kc
β. Διατηρώντας σταθερή τη θερμοκρασία, αυξάνουμε τον όγκο του δοχείου σε V2 = 16 L. Τι θα συμβεί; Πόσα mol από κάθε αέριο θα υπάρχουν στο δοχείο, όταν αποκατασταθεί και πάλι η χημική ισορροπία;


Παράδειγμα 4.11

Σε δοχείο όγκου 10 L εισάγονται 1 mol Η2 και 1 mol I2 στους 450 °C.
Μετά την αποκατάσταση της χημικής ισορροπίας στους 450 °C, σύμφωνα με τη χημική εξίσωση: Η2(g) + I2(g) Εικόνα 2HI(g)
η ποσότητα του Η2 γίνεται 0,4 mol.
α. Ποια είναι η τιμή της Kc στους 450 °C;
β. Στη συνέχεια το μίγμα ισορροπίας θερμαίνεται στους 600 °C, στη νέα κατάσταση χημικής ισορροπίας, η ποσότητα του Η2 γίνεται 0,2 mol. Να βρεθεί η τιμή της Kc στη νέα ισορροπία , στους 600 °C.
γ. Να βρεθεί αν η αντίδραση σχηματισμού του ΗΙ είναι ενδόθερμη ή εξώθερμη.

ΛΥΣΗ
α. Η ποσότητα του Η2 που αντιδρά στους 450 °C είναι προφανώς (1–0,4) mol = 0,6 mol. Σχηματίζουμε το γνωστό πίνακα:

ποσότητες / mol Η2(g) + I2(g) Εικόνα 2HI(g)
αρχικά 1 1 -
αντιδρούν 0,6 0,6 -
σχηματίζονται - - 1,2
ισορροπία 0,4 0,4 1,2

Στην κατάσταση χημικής ισορροπίας στους 450 °C:

Εικόνα

β. Με την αύξηση της θερμοκρασίας η ισορροπία μετατοπίζεται προς τα δεξιά, όπως φαίνεται από την εκφώνηση, και αντιδρούν (0,4–0,2) mol Η2. Μετά από αυτή την παρατήρηση σχηματίζουμε πάλι τον αντίστοιχο πίνακα:

ποσότητες / mol Η2(g) + I2(g) Εικόνα 2HI(g)
αρχικά 0,4 0,4 1,2
αντιδρούν 0,2 0,2 -
σχηματίζονται - - 0,4
ισορροπία 0,2 0,2 1,6

Στην κατάσταση χημικής ισορροπίας στους 600 °C:
Εικόνα
γ. Παρατηρούμε ότι με αύξηση της θερμοκρασίας η αντίδραση σχηματισμού του ΗΙ μετατοπίζεται προς τα δεξιά, άρα σύμφωνα με την αρχή Le Chatelier η αντίδραση σχηματισμού του ΗΙ είναι ενδόθερμη.

Εφαρμογή

Σε δοχείο όγκου 3 L στους θ °C, ισορροπούν 5 mol Ν2, 4 mol H2 και 12 mol NH3, σύμφωνα με την αντίδραση:
Ν2(g) + 3H2(g) Εικόνα 2NH3(g).
Aν αυξηθεί η θερμοκρασία, το Ν2 στη νέα ισορροπία βρίσκεται 5,5 mol.
α. Ποια είναι η σύσταση του μίγματος στη νέα ισορροπία;
β. Ποια η νέα τιμή της Kc;
γ. Η σύνθεση της NH3 είναι εξώθερμη ή ενδόθερμη;

 

Εικόνα Γνωρίζεις ότι......

Το φαινόμενο του «θερμοκηπίου» και οι ωκεανοί

Κατά τη διάρκεια των επερχομένων δεκαετιών και αιώνων, το κλίμα της γης αναμένεται να αντιμετωπίσει μία μάλλον απρόσμενη αλλαγή που θα οφείλεται στις ανθρώπινες δραστηριότητες. Με κύρια αιτία την καύση των απολιθωμένων καυσίμων (πετρέλαιο, κάρβουνο), η συγκέντρωση του διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα αυξάνει σταθερά. Το διοξείδιο του άνθρακα, ως γνωστό, απορροφά μέρος από τη θερμότητα που ανακλάται από την επιφάνεια της γης, προς το διάστημα. Έτσι, η αύξηση της συγκέντρωση του CO2 στην ατμόσφαιρα ενισχύει το φαινόμενο του θερμοκηπίου, το οποίο ανυψώνει τη μέση θερμοκρασία της επιφάνειας της γης. Αυτό θα επιφέρει απρόσμενες αλλαγές στις κλιματολογικές ισορροπίες του πλανήτη μας.
Ένας αριθμός ερευνητών προσπάθησε να προβλέψει το επίπεδο της αύξησης του CO2 για τον επόμενο αιώνα. Οι προβλέψεις τους καλύπτουν ένα μεγάλο φάσμα πιθανοτήτων και υποθέσεων. Αυτό συμβαίνει γιατί αφενός μεν δεν μπορεί να γίνει ασφαλής πρόβλεψη της ποσότητας των καυσίμων που θα καταναλωθούν τα επόμενα 100 χρόνια, αφετέρου δεν μπορούμε με ακρίβεια να υπολογίσουμε τις ποσότητες του CO2 που μπορούν να απορροφηθούν από τους ωκεανούς την ίδια περίοδο.
Το τελευταίο αυτό θέμα, της απορρόφησης δηλαδή CO2 από την θάλασσα, δεν είναι τίποτα άλλο παρά μία εφαρμογή της αρχής του Le Chatelier σε επίπεδο όμως υδρογείου σφαίρας. Το συμπέρασμα δε στο οποίο καταλήγουν οι επιστήμονες είναι ότι, το CO2 θα έχει την ίδια δυσμενή επίδραση τόσο στην ατμόσφαιρα όσο και στους ωκεανούς.
Ανάμεσα στις άλλες ισορροπίες που επικρατούν στους ωκεανούς, ιδιαίτερη σημασία έχουν εκείνες που καθορίζουν την καταβύθιση ή αναδιάλυση του CaCO3 το οποίο μεταξύ των άλλων αποτελεί βασικό συστατικό του κελύφους πολλών θαλασσίων οργανισμών όπως κοράλλια, στρείδια, κλπ. Αυτό βέβαια πέρα από το γεγονός ότι το CaCO3 συνιστά βασικό συστατικό των ασβεστολιθικών αποθέσεων και βράχων πολλών θαλασσίων και υποθαλάσσιων περιοχών.
Οι ισορροπίες αυτές, είναι: CaCO3(s) Εικόνα Ca2+ + CO32-(1)
και CO32- + CO2 + H2O Εικόνα HCO3-(2)
Έτσι, καθώς αυξάνεται η συγκέντρωση του CO2 η ισορροπία μετατοπίζεται προς τα δεξιά (αρχή του Le Chatelier), οπότε μειώνεται η συγκέντρωση των CO32-. Τα τελευταία μετατοπίζουν την (1) προς τα δεξιά προκαλώντας αναδιάλυση των ασβεστολιθικών αποθέσεων. Αυτό θα έχει σοβαρότατες συνέπειες στα θαλάσσια οικοσυστήματα. Οι σχετικοί υπολογισμοί δείχνουν ότι αν ο θαλάσσιος βυθός αποτελείται μόνο από CaCO3 και διαλυθεί από αυτόν ένα ύψος 3 cm, τότε στα επόμενα 1500 χρόνια θα μειωθεί η συγκέντρωση του CO2 στην ατμόσφαιρα κατά 30% χωρίς μάλιστα να αλλάξει το pH της θάλασσας ( ~ 8,5).
Βλέπει δηλαδή κανείς ότι η απορρόφηση του διοξειδίου του άνθρακα από τους ωκεανούς μπορεί να «λύνει» από την μία πλευρά το θέμα του θερμοκηπίου, από την άλλη όμως δημιουργεί ένα εξίσου μεγάλο πρόβλημα, όπως είναι η αναδιάλυση των ασβεστολιθικών αποθέσεων και των κελυφών των θαλασσίων οργανισμών. Μία τέτοια μαζική εξαφάνιση τέτοιων οργανισμών από τις ακτές και τους υποθαλάσσιους χώρους έχει ίσως μεγαλύτερη σημασία από την τυχόν αύξηση του CO2 στην ατμόσφαιρα και πρέπει με ιδιαίτερη προσοχή να μελετηθεί και ν' αντιμετωπιστεί.

Ανακεφαλαίωση
1. Η κατάσταση χημικής ισορροπίας είναι μια δυναμική ισορροπία κατά την οποία οι ταχύτητες των δύο αντιθέτων αντιδράσεων εξισώνονται.
2. Αντιδράσεις που καταλήγουν σε κατάσταση χημικής ισορροπίας ονομάζονται αμφίδρομες αντιδράσεις.
3. Όταν τα αντιδρώντα και προϊόντα σε μια χημική ισορροπία είναι στην ίδια φάση η ισορροπία ονομάζεται ομογενής, σε αντίθετη περίπτωση ονομάζεται ετερογενής.
4. Απόδοση μιας αντίδρασης είναι ο λόγος της ποσότητας ενός προϊόντος που σχηματίζεται πρακτικά, προς την ποσότητα που θα σχηματιζόταν αν η αντίδραση ήταν μονόδρομη.
5. Οι παράγοντες που επηρεάζουν τη θέση χημικής ισορροπίας είναι: α. η συγκέντρωση των αντιδρώντων ή προϊόντων, β. η πίεση και γ. η θερμοκρασία.
6. Αρχή Le Chatelier: Όταν μεταβάλλουμε ένα από τους συντελεστές ισορροπίας η θέση της ισορροπίας μετατοπίζεται προς την κατεύθυνση που τείνει να αναιρέσει τη μεταβολή που επιφέραμε.
7. Αύξηση της θερμοκρασίας ευνοεί την ενδόθερμη αντίδραση. Αύξηση της πίεσης, η οποία συντελείται με ελάττωση όγκου, μετατοπίζει την ισορροπία προς την κατεύθυνση που ελαττώνεται ο αριθμός των mol των αερίων. Αύξηση της συγκέντρωσης μιας ουσίας που μετέχει στην ισορροπία μετατοπίζει την ισορροπία προς την κατεύθυνση που καταναλίσκεται η ουσία αυτή.
8. Κριτήριο για την κατεύθυνση προς την οποία θα γίνει η αντίδραση είναι η σχέση Qc με Kc.
Qc = Kc τότε η αντίδραση είναι σε κατάσταση χημικής ισορροπίας.
Αν Qc < Kc τότε η αντίδραση οδεύει προς τα δεξιά.
Αν Qc > Kc τότε η αντίδραση οδεύει προς τα αριστερά.
9. Η σχέση που συνδέει το Kc με το Kp είναι : Kp = Kc.(RT)Δn.
   
Λέξεις Κλειδιά
Χημική Ισορροπία Απόδοση αντίδρασης
Αμφίδρομη αντίδραση Αρχή Le Chatelier
Ομογενής ισορροπία Σταθερά χημικής ισορροπίας
Ετερογενής ισορροπία  
   
   
   
   
Ερωτήσεις – Ασκήσεις - Προβλήματα

Εικόνα

Εικόνα

Εικόνα

Ερωτήσεις Επανάληψης
1. Tι σημαίνει ότι η χημική ισορροπία είναι δυναμική ισορροπία;
2. Ποιες αντιδράσεις ονομάζονται αμφίδρομες;
3. Τι ονομάζεται ομογενής ισορροπία και τι ετερογενής; Δώστε ένα παράδειγμα για κάθε περίπτωση.
4. Τι είναι απόδοση αμφίδρομης αντίδρασης;
5. Ποιοι παράγοντες επηρεάζουν τη θέση χημικής ισορροπίας;
6. Τι λέει η αρχή Le Chatelier;
7. Προς τα πού θα μετατοπιστεί η ισορροπία στην αμφίδρομη αντίδραση
CO(g) + 2H2(g) Εικόνα CH3OH(g) ΔΗ < 0
α. αν αυξήσουμε τη θερμοκρασία;
β. αν ελαττώσουμε τον όγκο του δοχείου που περιέχει τα αέρια ισορροπίας σε σταθερή θερμοκρασία;
γ. Αν προσθέσουμε στο μίγμα ισορροπίας H2;
8. Με τι μονάδες μετράμε την Kc και την Kp της χημικής εξίσωσης:
Ν2(g) + 3H2(g) Εικόνα 2NH3(g);
9. Ποια σχέση συνδέει την Kc, την Kp και την απόλυτη θερμοκρασία T στην προηγούμενη χημική εξίσωση;
   
   
Ασκήσεις - Προβλήματα
α. Χημική Ισορροπία - Απόδοση
10. Ποιες από τις παρακάτω ισορροπίες είναι ομογενείς και ποιες ετερογενείς;
α. Ν2(g) + 3H2(g) Εικόνα 2NH3(g)
β. CaCO3(s) Εικόνα CaO(s) + CO2(g)
γ. AgCl(s) Εικόνα Ag+(aq) + Cl-(aq)
δ. NH4+(aq) + F-(aq) Εικόνα NH3(aq) + HF(aq)
11. Να συμπληρώσετε τα κενά στις επόμενες προτάσεις:
α. Στην κατάσταση χημικής ισορροπίας συνυπάρχουν ποσότητες από όλα τα ……………… και …………………, χωρίς οι ποσότητές τους να …………………… με την πάροδο του χρόνου, εφόσον οι συνθήκες παραμένουν σταθερές.
β. Η χημική ισορροπία είναι ………………….. και όχι στατική. Αυτό σημαίνει ότι οι αντιδράσεις πραγματοποιούνται ταυτόχρονα και με την …………… ταχύτητα.
 

γ. Αντιδράσεις που πραγματοποιούνται και προς τις δύο κατευθύνσεις ταυτόχρονα και καταλήγουν σε κατάσταση …………………. ονομάζονται …………………… αντιδράσεις.
δ. Ομογενή ισορροπία έχουμε όταν τα αντιδρώντα και …………………......... βρίσκονται σε ……………… φάση. Ετερογενή ισορροπία έχουμε όταν τα …………………… και τα προϊόντα βρίσκονται ………………………………. από μία φάσεις.

12. Ποια από τις παρακάτω προτάσεις που αφορούν τη χημική ισορροπία είναι λάθος;
α. Στην κατάσταση ισορροπίας οι ταχύτητες των δύο αντιδράσεων που εκφράζουν τις δύο αντίθετες φορές είναι ίσες.
β. Στην κατάσταση ισορροπίας οι ποσότητες όλων των σωμάτων που είναι παρόντα, είναι ίσες.
γ. Η κατάσταση χημικής ισορροπίας είναι μια δυναμική ισορροπία.
13. Δίνεται η ισορροπία: 2A(g) + B(g) Εικόνα Γ(g).
Προσθέτουμε σε κενό δοχείο ίσο αριθμό mol Β και Γ και καθόλου A. Στην ισορροπία θα έχουμε οπωσδήποτε:
α. [Α] = [Β] β. [Β] = [Γ]
γ. [Α] < [Γ] δ. [Β] > [Γ]
14. Δίνεται η ισορροπία: Ν2(g) + 3H2(g) Εικόνα 2NH3(g).
Σε δοχείο προσθέτουμε ίσο αριθμό mol Ν2 και H2. Στην ισορροπία, ποια από τις παρακάτω σχέσεις είναι οπωσδήποτε σωστή;
α. [H2] > [NH3] β.2] > [H2]
γ. [H2] > [Ν2] δ. [NH3] > [Ν2]
15. Να συμπληρώσετε με ένα Σ όσες από τις επόμενες προτάσεις είναι σωστές και με Λ όσες είναι λανθασμένες.
α. Οι μονόδρομες αντιδράσεις έχουν πάντοτε μεγάλη ταχύτητα και οι αμφίδρομες έχουν πάντοτε μικρή ταχύτητα.
β. Η απόδοση μιας αμφίδρομης αντίδρασης είναι πάντοτε μικρότερη του 1.
γ. Στην κατάσταση χημικής ισορροπίας οι συγκεντρώσεις όλων των αντιδρώντων είναι πάντοτε ίσες μεταξύ τους.
δ. Στην κατάσταση χημικής ισορροπίας εφόσον οι συνθήκες παραμένουν σταθερές, οι συγκεντρώσεις όλων των αντιδρώντων και προϊόντων παραμένουν σταθερές.
16. Σε κλειστό δοχείο σταθερού όγκου 2 L εισάγουμε 4 mol PCl5 και θερμαίνουμε στους 200 °C οπότε αποκαθίσταται η ισορροπία
PCl5(g) Εικόνα PCl3(g) + Cl2(g)
Αν η απόδοση είναι α = 60%, να βρείτε:
α. τις ποσότητες των τριών αερίων στην ισορροπία
β. τις συγκεντρώσεις των τριών αερίων στην ισορροπία
*17. Σε κλειστό δοχείο σταθερού όγκου V = 41 L εισάγουμε 29,7 g φωσγενίου COCl2 και θερμαίνουμε στους 227 °C, οπότε αποκαθίσταται η ισορροπία:
 
 

COCl2(g) Εικόνα CO(g) + Cl2(g)
στην κατάσταση χημικής ισορροπίας έχουμε 4,2 g CO. Ζητούνται:
α. οι ποσότητες των τριών αερίων στην ισορροπία.
β. η απόδοση της αντίδρασης
γ. η πίεση κάθε αερίου στην ισορροπία
δ. η ολική πίεση του μίγματος των τριών αερίων στην ισορροπία.

*18. Σε κλειστό δοχείο σταθερού όγκου V = 0,82 L εισάγουμε 0,04 mol N2O4 και θερμαίνουμε στους 127 °C, οπότε αποκαθίσταται η ισορροπία:
N2O4(g) Εικόνα 2NO2(g)
Σε σταθερή θερμοκρασία (θ = 127 °C) και στην ισορροπία η ολική πίεση είναι 2 atm.
α. Πόσα mol από κάθε αερίο υπάρχουν στην ισορροπία;
β. Ποια η μερική πίεση κάθε αερίου στην ισορροπία;
γ. Ποιος είναι ο βαθμός διάσπασης του N2O4, ποια είναι δηλαδή η απόδοση της αντίδρασης;
*19. Σε κλειστό δοχείο εισάγουμε ποσότητα CO2 και θερμαίνουμε στους 1127 °C, οπότε διασπάται το CO2 κατά 50% σύμφωνα με την αντίδραση:
2CO2(g) Εικόνα 2CO(g) + O2(g)
Στην ισορροπία, ποια από τις ακόλουθες σχέσεις ισχύει;
α. pCO2 = pCO = pO2 γ. pCO2 = pCO = 2pO2
β. pO2 = 2pCO = pCO2 δ. pCO2 = 2pCO = 2pO2
   
β. Παράγοντες που επηρεάζουν τη θέση χημικής ισορροπίας
– Αρχή Le Chatelier
20. Να συμπληρώσετε τα κενά στις προτάσεις:
α. Όταν μεταβάλλουμε ένα από τους ………………….. ισορροπίας (συγκέντρωση, πίεση, θερμοκρασία) η θέση της ισορροπίας μετατοπίζεται προς εκείνη την κατεύθυνση που τείνει να ………………… τη μεταβολή που επιφέραμε.
β. Μείωση της θερμοκρασίας μετατοπίζει την ισορροπία προς την κατεύθυνση εκείνη που ……………………. θερμότητα, δηλαδή ΔΗ είναι ……………… του μηδενός.
γ. Μεταβολή της πίεσης που γίνεται με μεταβολή του ……………... του δοχείου επηρεάζει τη θέση ισορροπίας υπό την προϋπόθεση α. να μετέχουν στην ισορροπία ………….. σώματα και β. να παρατηρείται …………………. του αριθμού των mol των …………….. . Αύξηση της πίεσης (σε σταθερή θερμοκρασία) μετατοπίζει την ισορροπία προς την κατεύθυνση που προκαλεί …………….. του αριθμού των mol των αερίων.
21. Δίνεται η ισορροπία
COCl2(g) Εικόνα CO(g) + Cl2(g) ΔΗ < 0.
Προς τα πού θα μετατοπιστεί η ισορροπία αν:
   
  α. Αυξήσουμε τη θερμοκρασία
β. Αυξήσουμε την πίεση ελαττώνοντας τον όγκο του δοχείου.
γ. Προσθέσουμε στο δοχείο CO.
22. Να σημειώσετε με Σ τις σωστές από τις επόμενες προτάσεις και με Λ τις λανθασμένες.
α. H ισορροπία 2ΗΙ(g) Εικόνα Η2(g) + I2(g) δεν επηρεάζεται αν αυξήσουμε τον όγκο του δοχείου σε σταθερή θερμοκρασία.
β. Όταν αυξάνουμε τη θερμοκρασία αυξάνει η απόδοση μιας εξώθερμης αντίδρασης.
γ. Προσθήκη καταλύτη αυξάνει την απόδοση της εξώθερμης αντίδρασης.
23. Δίνονται οι ισορροπίες που περιγράφονται από τις αντιδράσεις:
α. Η2(g) + Ι2(g) Εικόνα 2ΗΙ(g)
β. PCl5(g) Εικόνα PCl3(g) + Cl2(g)
γ. CO2(g) + C(s) Εικόνα 2CO(g)
δ. CaCO3(s) Εικόνα CaO(s) + CO2(g)
Σε ποιες από αυτές τις ισορροπίες όταν αυξάνουμε τον όγκο του δοχείου διαταράσσεται η ισορροπία και προς ποια κατεύθυνση οδεύει η αντίδραση ώστε να αναιρεθεί η μεταβολή;
24. Δίνεται η ισορροπία 2SO2 + O2Εικόνα2 SO3ΔΗ = -45 kcal.
Ποια από τις επόμενες μεταβολές σε ένα μίγμα ισορροπίας SO2, O2 και SO3 θα προκαλέσει αύξηση της ποσότητας του SO3;
α. Αύξηση της θερμοκρασίας.
β. Ελάττωση του όγκου του δοχείου σε Τ = σταθερή.
γ. Αφαίρεση ποσότητας O2 από το δοχείο (V και Τ σταθερά).
δ. Προσθήκη αδρανούς αερίου, π.χ. He ( με V και Τ σταθερά).
25. Ποιες από τις ακόλουθες ισορροπίες δε θα διαταραχθούν αν αυξήσουμε τον όγκο του δοχείου σε σταθερή θερμοκρασία;
α. Ν2(g) + 3H2(g) Εικόνα 2NH3(g)
β. Η2(g) + Ι2(g) Εικόνα 2ΗΙ(g)
γ. CO2(g) + C(s) Εικόνα 2CO(g)
δ. C(s) + O2(g) Εικόνα CO2(g)
ε. 2ΝΟ(g) + O2(g) Εικόνα2NO2(g)
26. Για την εξώθερμη αντίδραση:
CO(g) + 2H2(g) Εικόνα CH3OH(g) ΔΗ<0
α. πώς η αύξηση της θερμοκρασίας επηρεάζει την ταχύτητα και πώς την απόδοση της αντίδρασης;
β. πώς η αύξηση της πίεσης επηρεάζει την ταχύτητα και πώς την απόδοση της αντίδρασης;
 
γ. Κc-Kp
27. Δίνεται η ισορροπία: 2A(g) + B(g) Εικόνα 2Γ(g). H σωστή έκφραση για την Kc είναι:
Εικόνα
28. Δίνεται η ισορροπία: Α(g) + 2B(g) Εικόνα 2Γ(s) + Δ(g). H σωστή έκφραση για την Kc είναι:
Εικόνα
29. Σε δοχείο όγκου 2 L βρίσκονται σε ισορροπία 0,8 mol SO2, 0,2 mol O2 και 1,4 mol SO3. Να βρεθεί η τιμή της Kc της χημικής εξίσωσης:
2SO2 + O2Εικόνα2 SO3.
30. Σε δοχείο όγκου 0,5 L βρίσκονται σε ισορροπία 1 mol A, 2 mol B, και 3 mol Γ. Ποια είναι η τιμή της Kc της χημικής εξίσωσης
A(g) + B(g) Εικόνα 2Γ(g);
31. Η Kc της αντίδρασης Ν2(g) + 3H2(g) Εικόνα 2NH3(g) στους 360 °C είναι Kc =1,25. Ποια είναι η Kc της 2NH3(g) Εικόνα Ν2(g) + 3H2(g) στους 360 °C.
32. Σε δοχείο βρίσκονται σε ισορροπία 5 mol NO2, 2 mol NO και 5 mol O2.
Αν η Kc της αντίδρασης: 2NO2(g) Εικόνα 2ΝΟ(g) + O2(g) είναι 0,2 mol/L, να βρεθεί ο όγκος του δοχείου.
33. Δίνεται η ισορροπία: N2O4(g) Εικόνα 2NO2(g) ΔΗ > 0 (ενδόθερμη). Ποιες από τις παρακάτω μεταβολές θα ελαττώσουν την τιμή της Kc:
α. Προσθήκη ποσότητας Ν2Ο4
β. Ελάττωση της θερμοκρασίας
γ. Προσθήκη καταλύτη
δ. Διπλασιασμός του όγκου του δοχείου.
34.

Σε δοχείο όγκου 2 L βάζουμε 4 mol Ν2 και 10 mol H2. Στην ισορροπία έχουμε 6 mol NH3. Ποια είναι η απόδοση και ποια είναι η τιμή της σταθεράς χημικής ισορροπίας της χημικής εξίσωσης:

Ν2(g) + 3H2(g) Εικόνα 2NH3(g);

35. Σε δοχείο όγκου 1 L βάζουμε 1 mol Η2 και 1 mol Ι2 και θερμαίνουμε σε θερμοκρασία θ. Πόσα mol HI θα σχηματιστούν, αν στη θερμοκρασία αυτή η Kc της χημικής εξίσωσης Η2(g) + Ι2(g) Εικόνα 2ΗΙ(g) ισούται με 49;
*36. Στους 200 °C η Kc της αντίδρασης:
PCl5(g) Εικόνα PCl3(g) + Cl2(g) ΔΗ°=+124 kJ
έχει την αριθμητική τιμή 8.10-3.
α. Να γράψετε την έκφραση της Kc για την αντίδραση.
β. Ποιες είναι οι μονάδες της Kc;
γ. Ποια είναι η αριθμητική τιμή και οι μονάδες της Kc της αντίστροφης αντίδρασης: PCl3(g) + Cl2(g) Εικόνα PCl5(g) στους 200 °C;
δ. Πώς θα μεταβληθούν οι ποσότητες των τριών αερίων στην ισορροπία:
i. Αν προσθέσουμε νέα ποσότητα PCl5;
ii. Αν αυξηθεί η πίεση με ελάττωση του όγκου σε σταθερή θερμοκρασία;
iii. Αν αυξηθεί η θερμοκρασία;
iv. Πώς μεταβάλλεται η Kc σε κάθε μία από τις προηγούμενες μεταβολές;
37. Όταν διαλύουμε φρουκτόζη (οπωροσάκχαρο) ή γλυκόζη (σταφυλοσάκχαρο) στο νερό αποκαθίσταται η ισορροπία:
φρουκτόζη(aq) Εικόνα γλυκόζη(aq) (1)
Ένας χημικός παρασκεύασε στους 25 °C ένα διάλυμα φρουκτόζης 0,25 Μ.
Στην ισορροπία βρέθηκε ότι η συγκέντρωση της φρουκτόζης ελαττώθηκε σε 0,15 Μ.
α. Να βρείτε την Kc της (1).
β. Πόσο % της φρουκτόζης μετατράπηκε σε γλυκόζη;
38. Η Kc της χημικής εξίσωσης CO(g) + H2O(g) Εικόνα CO2(g) + H2(g) στους 300 °C ισούται με 4.
α. Σε κενό δοχείο βάζουμε 1 mol CO και 1 mol H2O, στους 300 °C. Πόσα mol H2 θα σχηματιστούν και ποια είναι η απόδοση της αντίδρασης;
β. Αν βάζαμε 1 mol CO και 1,6 mol H2O στους 300 °C, πόσα mol Η2 θα σχηματίζονταν και ποια είναι η απόδοση;
*39. Σε κλειστό δοχείο και σε ορισμένη θερμοκρασία εισάγουμε 1 mol CO και 1 mol H2O. Μετά την αποκατάσταση της ισορροπίας
CO(g) + H2O(g) Εικόνα CO2(g) + H2(g) (1)
παραμένει χωρίς να αντιδράσει 1/3 mol CO.
α. Να υπολογίσετε τη σταθερά ισορροπίας, Kc, της (1).
β. Πόσα επιπλέον mol υδρατμών πρέπει να προστεθούν στο αρχικό μίγμα και στην ίδια θερμοκρασία, ώστε η απόδοση της αντίδρασης να γίνει 80%;
**40. Η Kc της Α(g) + B(g) Εικόνα Γ(g) + Δ(g) ισούται με 4. Σε κενό δοχείο βάζουμε 2 mol A. Πόσα mol από το Β πρέπει να βάλουμε για να αντιδράσουν τα σώματα με απόδοση 80%;
*41. Σε κενό δοχείο όγκου V και σε θερμοκρασία θ εισάγουμε 1 mol αερίου Α και 1 mol αερίου Β, οπότε γίνεται η αντίδραση:
A(g) + B(g) Εικόνα Γ(g) με απόδοση 60%. Σε άλλο κενό δοχείο όγκου V και σε θερμοκρασία θ εισάγουμε 1 mol του Α και 2 mol του Β. Η νέα απόδοση της αντίδρασης θα είναι:
 
  α. 60% β. μεγαλύτερη από 60% γ. μικρότερη από 60%
δ. εξαρτάται.
42. Σε δοχείο όγκου 1 L που περιέχει σε ισορροπία 0,8 mol SO2, 0,1 mol NO2, 0,6 mol SO3 και 0,4 mol NO προσθέτουμε 0,3 mol NO2. Τι θα συμβεί και ποια θα είναι η ποσότητα του NO2 στην τελική ισορροπία;
Δίνεται η ισορροπία: SO2(g) + NO2(g) Εικόνα SO3(g) + NO(g).
43. Σε δοχείο 2 L έχουμε σε ισορροπία 4 mol PCl5, 2 mol PCl3 και 8 mol Cl2. Προσθέτουμε 4 mol PCl5. Ποιες οι ποσότητες όλων των αερίων στη νέα ισορροπία; Δίνεται η ισορροπία: PCl5(g) Εικόνα PCl3(g) + Cl2(g)
44. Σε δοχείο έχουμε σε ισορροπία 2 mol SO2, 4 mol NO2, 8 mol SO3 και 3 mol NO.
α. Ποια είναι η Kc της χημικής εξίσωσης
SO2(g) + NO2(g) Εικόνα SO3(g) + NO(g)
στην παραπάνω θερμοκρασία;
β. Πόσα mol SO2 πρέπει να προσθέσουμε στην αρχική ισορροπία και σε σταθερή θερμοκρασία, ώστε η ποσότητα του NO να αυξηθεί κατά 1 mol;
45. Σε κενό δοχείο σταθερού όγκου 4,1 L βάζουμε 46 g N2O4 και θερμαίνουμε στους 27 °C, οπότε το N2O4 διασπάται μερικώς σύμφωνα με την αντίδραση:
N2O4(g) Εικόνα 2NO2(g).
Πόσα mol NO2 θα σχηματιστούν αν η θερμοκρασία είναι σταθερή και η Kp της αντίδρασης είναι ίση με 2 atm;
Δίνεται η παγκόσμια σταθερά των αερίων R=0,082 L.atm/mol.K.
46. Σε κλειστό δοχείο που έχει όγκο 0,224 L βάζουμε 0,01 mol COCl2 και θερμαίνουμε στους 273 °C, οπότε το COCl2 διασπάται μερικώς σε CO και Cl2, και η τελική πίεση γίνεται 3,5 atm. Ποια είναι η απόδοση της αντίδρασης και ποια η τιμή της Kp της χημικής εξίσωσης:
COCl2(g) Εικόνα CO(g) + Cl2(g), στους 273 °C;
47. Στους 817 °C η αντίδραση CO2 με περίσσεια στερεού C γίνεται με απόδοση 62%. Η ολική πίεση στην κατάσταση ισορροπίας είναι 3,24 atm. Ποια είναι η μερική πίεση κάθε αερίου στην κατάσταση χημικής ισορροπίας και ποια είναι η Kp της χημικής εξίσωσης
CO2(g) + C(s) Εικόνα 2CO(g);
48. Δοχείο περιέχει 0,8 mol SO2, 0,1 mol NO2, 0,6 mol SO3 και 0,4 mol NO σε ισορροπία:
SO2(g) + NO2(g) Εικόνα SO3(g) + NO(g).
Πόσα mol NO πρέπει να εισαχθούν στο δοχείο στην ίδια θερμοκρασία, ώστε να μπορεί να αυξηθεί η ποσότητα του NO2 κατά 0,2 mol;
*49. Σε δοχείο όγκου 2 L στους 1800 °C περιέχονται σε χημική ισορροπία 0,3 mol CO2, 0,3 mol H2, 0,6 mol CO και 0,6 mol H2O.
α. Να βρεθεί η Kc της εξίσωσης
  CO2(g) + H2(g) Εικόνα CO(g) + H2O(g) στους 1800 °C.
β. Πόσα mol CO2 πρέπει να προσθέσουμε στην αρχική ισορροπία, ώστε η συγκέντρωση του CO να γίνει 0,35 Μ;
*50. Σε δοχείο όγκου 2 L περιέχονται σε ισορροπία 4 mol SO3, 4 mol SO2 και 0,5 mol O2 στους 227 °C σύμφωνα με τη χημική εξίσωση:
2SO3(g) Εικόνα 2SO2(g) + O2(g)
Θερμαίνουμε το μίγμα στους 427 °C, οπότε μετά την αποκατάσταση της νέας ισορροπίας διαπιστώσαμε ότι περιέχονται στο δοχείο συνολικά 9 mol αερίων.
α. Να υπολογίσετε τη σταθερά Kc στους 227 °C.
β. Να υπολογίσετε τη σταθερά Kc στους 427 °C.
γ. Να εξηγήσετε αν η αντίδραση 2SO3(g) Εικόνα 2SO2(g) + O2(g) είναι εξώθερμη ή ενδόθερμη.
   
Γενικά Προβλήματα
*51. Δίνεται η ισορροπία: 2NO(g) + Cl2(g) Εικόνα 2NOCl(g). Σε δοχείο όγκου 25 L προσθέτουμε 0,3 mol NO, 0,2 mol Cl2 και 0,5 mol NOCl. Στην ισορροπία έχουμε τελικά 0,6 mol NOCl.
i. Ο αριθμός των mol του Cl2 στην ισορροπία είναι:
α. 0,2, β. 0,1, γ. 0,15, δ. 0,25.
ii. Αν αυξηθεί ο όγκος του δοχείου στα 50 L:
α. Θα αυξηθεί ο αριθμός των mol του ΝOCl;
β. Θα αυξηθεί ο αριθμός των mol του Cl2;
γ. Δεν θα μεταβληθεί η ποσότητα του NOCl;
iii. H τιμή της Kc είναι:
α. 1,5.103, ή β. 2,5.103, ή γ. 2.10-1δ. 9.102
**52. Σε κενό δοχείο όγκου 10 L εισάγονται 0,5 mol Η2 και 0,5 mol Ι2, τα οποία θερμαίνονται στους 448 °C. Στη θερμοκρασία αυτή, για τη χημική αντίδραση
Η2(g) + Ι2(g) Εικόνα 2ΗΙ(g) η σταθερά της χημικής ισορροπίας Kc είναι 64. Να υπολογίσετε:
α. τη σταθερά της χημικής ισορροπίας της αντίδρασης τη σχετική με τις μερικές πιέσεις (Kp) στην ίδια θερμοκρασία (448 °C).
β. τη σύσταση του μίγματος στους 448 °C μετά την αποκατάσταση της χημικής ισορροπίας.
γ. την ολική πίεση που ασκείται στο δοχείο, όταν η θερμοκρασία ανέλθει στους 727 °C.
Δίνεται η παγκόσμια σταθερά των αερίων R=0,082 L.atm/mol.K.
**52. Σήμερα το υδρογόνο παρασκευάζεται από το φυσικό αέριο με την ακόλουθη ενδόθερμη αντίδραση:
CH4(g) + H2O(g) Εικόνα CO(g) + 3H2(g) (1) ΔH > 0.
i. Να γράψετε την έκφραση της Kp για την αντίδραση (1)
ii. Πώς μεταβάλλεται η Kp της (1);
α. Με αύξηση της πίεσης
 
  β. Με αύξηση της θερμοκρασίας
γ. Με χρήση καταλύτη
iii. Αν σε μίγμα ισορροπίας των τεσσάρων αερίων κάνουμε τις εξής επεμβάσεις τι θα συμβεί;
α. Αυξάνουμε την πίεση με ελάττωση όγκου.
β. Αυξάνουμε τη θερμοκρασία.
γ. Χρησιμοποιούμε καταλύτη.
**54. Στους 817 °C η αναγωγή του CO2 σε CO με περίσσεια γραφίτη έχει Kp=10 atm.
α. Αν βάλουμε αρχικά x mol CO2 και η ολική πίεση στην ισορροπία είναι 4 atm, ποια είναι η περιεκτικότητα σε mol του τελικού αερίου μίγματος;
β. Ποια πρέπει να είναι η τιμή της ολικής πίεσης για να περιέχει το τελικό μίγμα 6% σε mol CO2; Δίνεται: CO2(g) + C(s) Εικόνα 2CO(g).
**55. Σε κενό δοχείο όγκου 41 L εισάγουμε 6 mol CaCO3 και θερμαίνουμε στους 1227 °C, οπότε το CaCO3 διασπάται όπως δείχνει η αντίδραση:
CaCO3(s) Εικόνα CaO(s) + CO2(g)
Η Kp αυτής της αντίδρασης στους 1227 °C είναι ίση με 9 atm.
α. Πόσα mol CaCO3 θα διασπαστούν;
β. Αν σε άλλο δοχείο όγκου 123 L εισάγουμε 6 mol CaCO3 και θερμάνουμε στους 1227 °C τι θα συμβεί;
γ. Ποιος είναι ο ελάχιστος όγκος για το δοχείο, ώστε όταν θερμάνουμε 6 mol CaCO3 στους 1227 °C να διασπαστούν όλα;
(Θεωρούμε ότι ο όγκος των στερεών είναι αμελητέος σε σχέση με τον όγκο του δοχείου, R=0,082 atm.L/mol.K)
**56. Για την αντίδραση Η2(g) + I2(g) Εικόνα 2HI(g) στους 450 °C η σταθερά χημικής ισορροπίας έχει τιμή 49. Στη θερμοκρασία αυτή ένα δοχείο περιέχει 0,2 mol Η2, 0,2 mol I2 και 0,5 mol HI.
α. Να δείξετε ότι το σύστημα δε βρίσκεται σε ισορροπία.
β. Εάν το σύστημα αφεθεί να ισορροπήσει, πόσα mol HI θα υπάρχουν στην ισορροπία;
γ. Πόσα επιπλέον mol HI πρέπει να εισαχθούν στο δοχείο στην ισορροπία, έτσι ώστε η ποσότητα του Η2 να ξαναγίνει 0,2 mol;
**57. Ένα μίγμα σε ισορροπία περιέχει 0,52 mol N2O4 και 0,96 mol NO2 στους 100 °C. Το μίγμα των δύο αερίων μεταφέρεται σε ένα άλλο δοχείο με διπλάσιο όγκο αλλά στην ίδια θερμοκρασία. Πόσα mol κάθε ουσίας θα περιέχονται στο νέο δοχείο στην ισορροπία;
**58. Δίνεται η απλή αντίδραση (χωρίς ενδιάμεσα στάδια):
2ΝΟ(g) + O2(g) Εικόνα 2NO2(g)
όπου k1 = 2,6.103 L2mol-2s-1 (σταθερά ταχύτητας της προς τα δεξιά αντίδρασης) και k2 = 4 L2mol-2s-1 (αντίστοιχα προς τα αριστερά) στους λ °C.
α. Ποια η Kcc στους λ °C;
β. Ποια η αρχική ταχύτητα παρασκευής NO2, αν οι αρχικές συγκεντρώσεις των ΝΟ και O2 είναι 6.10-3 mol/L και 0,3 mol/L αντίστοιχα;
  Σε θερμοκρασία μ °C (μ<λ) σε δοχείο όγκου 5 L βάζουμε 0,2 mol NO2. Όταν αποκατασταθεί η χημική ισορροπία, έχει διασπαστεί το 15% της αρχικής ποσότητας του NO2.
γ. Ποια η Kc' στους μ °C της 2ΝΟ(g) + O2(g) Εικόνα 2NO2(g);
δ. Η αντίδραση διάσπασης είναι ενδόθερμη ή εξώθερμη;
**59. Σε κλειστό δοχείο όγκου 1 L έχουμε σε ισορροπία 4 mol N2O4 και 2 mol NO2. Προσθέτουμε 10 mol αερίου He. Θα διαταραχθεί η ισορροπία
N2O4(g) Εικόνα 2NO2(g), αν η θερμοκρασία παραμείνει σταθερή;
   
   
   
   
   
Aπαντήσεις στις ασκήσεις πολλαπλής επιλογής και σωστού λάθους
12. α. Σ, β. Λ, γ. Σ
13. δ
14. β
15. α. Λ, β. Σ, γ. Λ, δ. Σ
19. γ
21. α. αριστερά, β. αριστερά, γ. αριστερά
22. α. Σ, β. Λ, γ. Λ
23. β. δεξιά, γ. δεξιά, δ. δεξιά
24. β
25. β, δ
27. β
28. γ
33. β
36. δ: η ισορροπία μετατοπίζεται: i. δεξιά, ii. αριστερά, iii. δεξιά
41. β
51. i. γ, ii. β, iii. α
53. iii: α. αριστερά, β. δεξιά, γ. τίποτα

Εικόνα

Δραστηριότητα

Η Αρχή Le Chatelier Και «Καθημερινή» Ζωή

Η ζωή μέσα μας και γύρω μας προχωρά ακολουθώντας κανόνες και αρχές. Αυτούς άλλωστε μελετούν συγγενείς επιστήμες όπως η Φυσική, η Χημεία, η Βιολογία. Βέβαια, μπορεί κανείς να ζει «ασυνείδητα» χωρίς να μπορεί να ερμηνεύει τον γύρω του κόσμο. Είναι όμως πολύ σημαντικό να μπορεί να παρατηρεί και να ερμηνεύει φαινόμενα που εξελίσσονται γύρω του βασισμένος σε μερικές βασικές αρχές. Μια τέτοια είναι και η Αρχή του Le Chatelier.
Εκείνο το οποίο ζητείται στο προκείμενο είναι να ερμηνευθούν με βάση αυτήν την αρχή μερικά γεγονότα όπως:
1. Όταν ένας άνθρωπος «της πόλης» κάνει διακοπές στο «βουνό» αποκτά μετά από κάποιες μέρες παραμονής ένα κόκκινο χρώμα, δηλωτικό κατά τα κλασικά καλής υγείας. Μπορείτε να εξηγήσετε το που οφείλεται αυτό; Για την ερμηνεία χρησιμοποιήστε σαν βάση τον μηχανισμό της αναπνοής μέσω της δέσμευσης του Ο2 της ατμόσφαιρας από την αιμοσφαιρίνη του αίματος, Hb. Aυτό είναι μια πολύπλοκη διαδικασία η οποία μπορεί να αποδοθεί από την ισορροπία : Hb(aq)+ Ο2 (aq) Εικόνα HbΟ2(aq).
2. Η χημεία της δημιουργίας υπογείων σπηλαίων, σταλακτιτών και σταλαγμιτών είναι άλλη μια περίπτωση που ερμηνεύεται με την παραπάνω αρχή. Βρείτε τον μηχανισμό της δημιουργίας αυτών και γράψτε τις αντίστοιχες χημικές αντιδράσεις. Όπου μπορείτε, από την βιβλιογραφία, βρείτε και τις τιμές των σταθερών ισορροπίας των αντιδράσεων αυτών.
Υπάρχει στην περιοχή της Αττικής τέτοιο σπήλαιο; Τι είδους πετρώματα ευνοούν την δημιουργία τέτοιων σπηλαίων;
Σε ποια περίπτωση τέτοιες αποθέσεις όχι μόνο δεν έχουν τέτοιο αισθητικό αποτέλεσμα, αλλά προκαλούν ζημιές;