Costante di equilibrio. Esercizi svolti

Una reazione reversibile, ovvero una reazione in cui reagenti e prodotti coesistono in un equilibrio chimico dinamico è caratterizzata da una costante di equilibrio che varia solo al variare della temperatura.

Data la generica reazione:

aA + bB ⇄ cC + dD

l’espressione della costante di equilibrio Kc è data da:

Kc = [C]c[D]d/[A]a[B]b

Questa è l’espressione generale della legge dell’azione di massa enunciata da Guldberg e Waage secondo la quale in una reazione di equilibri, è costante il rapporto fra il prodotto delle concentrazioni molari del prodotti di reazione e il prodotto delle concentrazioni molari delle sostanze reagenti, ciascuna elevata a un esponente pari al coefficiente di reazione.

Per gli equilibri gassosi viene spesso usata un’altra costante Kp in cui alle concentrazioni vengono sostituite le pressioni parziali dei gas. Le due costanti sono correlate dall’espressione:

Kp = Kc(RT) – Δn

dove Δn = (c + d) – (a+b)

Esercizi

1)      Scrivere le espressioni della costante Kc relativa ai seguenti equilibri:

2 O3(g) ⇄ 3 O2(g)

2 NO(g) + Cl2(g) ⇄ 2 NOCl(g)

Ag+(aq)+ 2 NH3(aq) ⇄ Ag(NH3)2+(aq)

Usando la legge di azione di massa:

Kc= [O2]3/[ O3]2

Kc = [NOCl]2/[NO]2[Cl2]2

Kc = [Ag(NH3)2+][Ag+][NH3]

2)      Scrivere le espressioni della costante Kc relativa ai seguenti equilibri:

CO2(g) + H2(g) ⇄ CO(g) + H2O(l)

SnO2(s) + 2 CO(g)  ⇄ Sn(s) + 2 CO2(g)

Le reazioni si riferiscono a equilibri eterogenei ovvero equilibri in cui sono presenti fasi diverse. Nell’espressione della costante di equilibrio vanno omessi i solidi, i liquidi e i solventi. Pertanto le rispettive espressioni sono:
Kc = [CO]/[ CO2][ H2]

Kc = [CO2]2/ [CO]2

 

3)      Data la reazione:  N2(g) + 3 H2(g)2 NH3(g) per la quale a 300 °C il valore di Kc è pari a 9.60 determinare il valore di Kp

Valutiamo il valore di Δn

Δn = 2 – ( 1 + 3) = – 2

La temperatura espressa in gradi kelvin vale: T = 273 + 300 = 573

Kp = Kc(RT) – Δn = 9.60 ( 0.08206 x 573)-2 = 0.00434

4)      Data la reazione: N2(g) + O2(g) 2 NO(g)  per la quale alla temperatura di 25 °C il valore di Kc è pari a 1 · 10-30 calcolare il valore della Kc per la reazione 2 NO(g)  ⇄ N2(g) + O2(g)

L’espressione della Kc relativa alla prima reazione è data da Kc = [NO]2/[N2][O2] mentre quella relativa alla seconda reazione è Kc = [N2][O2]/[NO]2 che è l’inverso della prima. Quindi la Kc relativa alla seconda reazione vale: Kc = 1/ 1 · 10-30 = 1 · 1030

5)      Date le seguenti reazioni:  HF(aq)H+(aq) + F(aq) e H2C2O4(aq)2 H+(aq) + C2O42-(aq) per le quali i valori delle costanti di equilibrio sono rispettivamente Kc= 6.8 · 10-4  e Kc = 3.8 · 10-6 determinare la costante di equilibrio relativa alla reazione 2 HF(aq) + C2O42-(aq)2 F(aq) + H2C2O4(aq)

Moltiplicando per 2 la prima reazione si ha:

2 HF(aq)⇄ 2 H+(aq) + 2 F(aq)  per la quale Kc = (6.8 · 10-4  )2 =  4.6 · 10-7

Per la reazione 2 H+(aq) + C2O42-(aq) ⇄ H2C2O4(aq)  si ha che Kc = 1 /3.8 · 10-6 = 2.6 ·105

Pertanto la Kc relativa alla reazione  2 HF(aq) + C2O42-(aq) ⇄ 2 F(aq) + H2C2O4(aq)ottenuta sommando membro a membro le ultime due reazione vale Kc = (4.6 · 10-7)( 2.6 ·105) = 0.12

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Author: Chimicamo

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