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Equilibrio eterogeneo e costante di equilibrio. Esercizi

  |   Chimica, Chimica Generale

Un equilibrio eterogeneo è una reazione di equilibrio in un sistema che presenta più di una fase spesso solida e acquosa o solida e vapore.

Un esempio di equilibrio eterogeneo è costituito dall’acqua in equilibrio con il suo vapore in un recipiente chiuso:

H2O(l) ⇄ H2O(g)

dove all’equilibrio l’acqua è presente in due stati di aggregazione diversi (due fasi) ovvero la fase liquida e la fase di vapore. Un altro esempio di equilibrio eterogeneo è dato dalla reazione:

3 Fe(s) + 4 H2O(g) ⇄ Fe3O4(g) + 4 H2(g)

In cui sono presenti due fasi ovvero quella solida e quella vapore. Nella costante di equilibrio i termini relativi ai solidi e ai liquidi sono tralasciati in quanto essi sono già inglobati nella costante di equilibrio.

Pertanto l’espressione della costante di equilibrio nell’ultimo caso è data da:

Kp = (pH24 )( p Fe3O4 )/ pH2O4

Per l’equilibrio eterogeneo:
Ca(OH)2(s) ⇄ Ca2+(aq) + 2 OH(aq)

L’espressione della costante di equilibrio è:
K = [Ca2+][OH]2

La costante relativa alla dissoluzione di un sale poco solubile prende il nome di prodotto di solubilità che si indica con Kps.

Un altro esempio di equilibrio eterogeneo viene dato dalla reazione:

Cu(s) + 2 Ag+(aq) ⇄ Cu2+(aq) + 2 Ag(s)

Omettendo le specie solide l’espressione della costante di equilibrio Kc è data da:

Kc = [Cu2+]/[Ag+]2

Unità di misura

L’unità di misura della costante di un equilibrio eterogeneo va valutata caso per caso:

1)      Se è data la Kp e la pressione delle specie viene indicata in atmosfere si sostituisce l’unità di misura elevata al coefficiente stechiometrico della specie: nel caso dell’equilibrio

3 Fe(s) + 4 H2O(g) ⇄ Fe3O4(g) + 4 H2(g) in cui

Kp = (pH24 )( p Fe3O4 )/ pH2O4

L’unità di misura della Kp è data da:

atm4 ∙ atm / atm4 = atm

2)      Se è dato il Kps si sostituisce la molarità di ciascuno ione elevata al coefficiente stechiometrico della specie: nel caso dell’equilibrio

Ca(OH) (s) ⇄ Ca2+(aq) + 2 OH(aq)

in cui K = [Ca2+][OH]2

L’unità di misura del Kps è data da M ∙ M2 = M3 ed essendo la molarità espressa come moli/L si ha M3 = mol3/L3

3)      Se viene data la Kc si sostituisce la molarità di ciascuna specie elevata al proprio coefficiente stechiometrico: nel caso dell’equilibrio

Cu(s) + 2 Ag+(aq) ⇄ Cu2+(aq) + 2 Ag(s)

In cui Kc = [Cu2+]/[Ag+]2

L’unità di misura è data da M / M2 = M-1 ed essendo la molarità espressa come moli/L si ha che l’unità di misura della costante relativa a tale equilibrio è data da: (mol/L)-1 ovvero L/mol

Esempi svolti

1)      Si consideri l’equilibrio gassoso:

CO2(g) + H2(g) ⇄ CO(g) + H2O(l)

scrivere l’espressione della costante di equilibrio e ricavare la sua unità di misura.

La costante di equilibrio Kp va scritta omettendo H2O che non è alla stato gassoso pertanto:
Kp= (pCO/ pCO2)(pH2)

L’unità di misura è data da atm ∙ atm / atm = atm

2)      Si consideri l’equilibrio:

H2(g) + I2(s) ⇄ 2 HI(g)

scrivere l’espressione della costante di equilibrio e ricavare la sua unità di misura.

La costante di equilibrio va scritta omettendo I2 che è solido. Non avendo avuto indicazioni sul tipo di costante indichiamo sia Kp che Kc

Kp = (pHI)2/ (pH2)   e Kc = [HI]2/ [H2]

L’unità di misura della Kp è atm2/atm = atm mentre quella della Kc è M2/M = M= mol/L

3)      Si consideri l’equilibrio:

CaCO3(s) ⇄ CaO(s) + CO2(g)

scrivere l’espressione della costante di equilibrio e ricavare la sua unità di misura.

Nella costante di equilibrio si omettono sia CaCO3 che CaO che sono solidi. Non avendo avuto indicazioni sul tipo di costante indichiamo sia Kp che Kc

Kp =pCO2 e l’unità di misura è atm     Kc = [CO2] e l’unità di misura è M= mol/L

4)      Si consideri l’equilibrio:

Ni(CO)4(g) ⇄ Ni(s) + 4 CO(g)

scrivere l’espressione della Kp e ricavare la sua unità di misura.

Nella costante di equilibrio si omette Ni  in quanto solido:
Kp= (pCO)4/ pNi(CO)4 e la relativa unità di misura è atm4/atm = atm3

5)      Si consideri l’equilibrio:

Ti(s) + 2 Cl2(g) ⇄ TiCl4(l)

scrivere l’espressione della Kp e ricavare la sua unità di misura.

Nella costante di equilibrio si omette Ti in quanto solido e TiCl4 in quanto liquido:

Kp = 1 / (pCl2)2  la cui unità di misura è 1/atm2 ovvero atm-2

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