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Costante di equilibrio. Esercizi svolti

  |   Chimica, Stechiometria

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 è spesso usata un’altra costante Kp in cui alle concentrazioni sono 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

per la formazione del complesso diammino argento :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 · 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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