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Home Chimica

Esercizi di livello difficile sull’equilibrio

di Chimicamo
19 Ottobre 2022
in Chimica, Stechiometria
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Esercizi di livello difficile sull’equilibrio-chimicamo

Esercizi di livello difficile sull’equilibrio-chimicamo

Sono proposti alcuni esempi di esercizi sull’equilibrio chimico che esulano da quelli che vengono richiesti abitualmente o che presentano qualche particolare difficoltà. Gli esercizi proposti in genere, infatti, sono molto più accessibili e richiedono meno intuito e una conoscenza meno approfondita.

Esercizi

  • Se la pressione iniziale di 1.00 atm dello lo zolfo, sotto forma di S8, a 900 K cala del 29.0% determinare la costante di equilibrio Kc data la reazione S8(g) ⇌ 4 S3(g)

Costruiamo una I.C.E. chart:

S8 ⇌ 4 S2
Stato iniziale 1 atm
Variazione -x +4x
All’equilibrio 1-x 4x

 

Poiché x = 0.290 si ha

p S8 = 1-x = 1-0.290 = 0.710 atm

p S2 = 4x = 4 ∙ 0.290 = 1.16 atm

Sostituendo questi valori nell’espressione della costante di equilibrio Kp si ha:

Kp = (p S2)4/ p S8 = (1.16)4/0.710 = 2.55

La relazione tra Kp e Kc è la seguente:

Kp = Kc(RT)Δn

dove Δn è uguale alla differenza della somma dei coefficienti stechiometrici dei prodotti e dei reagenti. Nel caso della suddetta reazione Δn = 4 – 1 = 3

Si ha quindi Kc= Kp/(RT)Δn = 2.55/(0.08206 ∙ 900)3 = 6.33 ∙ 10-6

  • Un contenitore a 1000 K contiene biossido di carbonio alla pressione di 0.5 bar e grafite. A seguito della reazione CO2(g) + C(s) ⇌ 2 CO(g) la pressione totale all’equilibrio è di 0.8 bar. Calcolare la costante di equilibrio Kc

Costruiamo una I.C.E. chart:

CO2 C ⇌ 2 CO
Stato iniziale 0.5
Variazione -x +2x
All’equilibrio 0.5-x 2x

 

Quindi la pressione parziale di CO2 è 0.5-x e quella di CO è 2x

0.5-x+2x = 0.8

0.5-x = 0.8 da cui x = 0.3

All’equilibrio

p CO2 =0.5-x = 0.5-0.3 = 0.2 bar

p CO = 2x = 2 ∙ 0.3 = 0.6 bar

Sostituendo questi valori nell’espressione della costante di equilibrio Kp si ha:

Kp  = (p CO)2 / p CO2 = (0.6)2/0.2 = 1.8

Poiché Δn = 2 – 1 = 1 si ha che Kc= Kp/RT

Si noti, tuttavia, che la dimensione di Kp è bar2/bar = bar pertanto si possono seguire due strade ovvero convertire i bar in atm ovvero 1.8 bar = 1.77 atm e usare come valore di R quello abitualmente adoperato ovvero 0.08206 L atm mol-1 K-1 oppure se si lascia il valore di Kp si deve usare l’appropriato valore di R ovvero 0.0831 L bar mol-1 K-1 ottenendo lo stesso risultato:

  Test per l'analisi qualitativa organica

Kc = 1.8/ 0.0831 ∙ 1000 = 0.022

  • Il tetraossido di diazoto si dissocia secondo l’equilibrio: N2O4(g) ⇌ 2 NO2(g). Alla temperatura di 300 K e alla pressione di 1.0 atm la quantità di tetraossido di diazoto che si dissocia è pari al 20.0%. Calcolare la densità della miscela di gas

Supponiamo, per semplicità, che inizialmente sia presente 1 mole di N2O4 quindi, all’equilibrio saranno presenti 1 – 0.20 = 0.80 moli di N2O4 e 2 ∙ 0.20 = 0.40 moli di NO2 per un totale di 0.80 + 0.40 = 1.20 moli

Il volume del sistema all’equilibrio è V = nRT/p = 1.20 ∙ 0.08206∙ 300/1 atm = 29.5 L

Tenendo conto che il peso molecolare di N2O4 è di 92.011 g/mol mentre quello di NO2 è di 46.01 g/mol possiamo calcolare la massa complessiva dei due gas:

massa = (0.80 ∙ 92.011) + (0.40 ∙ 46.01) =  92.0 g

la densità della miscela di gas vale quindi d = m/V = 92.0 g/ 29.5 L = 3.12 g/L

  • La costante di equilibrio della reazione N2O4(g) ⇌ 2 NO2(g) a 775 K vale 640 mm Hg. Calcolare la percentuale di dissociazione di N2O4 alla pressione di 160 mm Hg

Supponiamo, per semplicità, che inizialmente sia presente 1 mole di N2O4 quindi, all’equilibrio saranno presenti 1-α moli di N2O4 e 2α moli di NO2 essendo α il grado di dissociazione.

Il numero totale di moli all’equilibrio sono quindi 1-α + 2α = 1+α

La frazione molare di N2O4 vale 1-α/1+α mentre quella di NO2 vale 2α/1+α

Detta P la pressione totale si ha che la pressione parziale di N2O4 vale (1-α/1+α)P mentre la pressione parziale di NO2 vale (2α/1+α)P

Kp = (pNO2)2/pN2O4 = [(2α/1+α)P]2/(1-α/1+α)P = (2α/1+α)2P2/(1-α/1+α)P = (2α/1+α)2P/(1-α/1+α) =

= P(2α/1+α)2 ∙(1+α/1-α) = 4α2P/(1+α)(1-α) = 4α2P/1-α2

Sostituendo a Kp il valore di 640 e a p il valore di 160 si ha:

640 = 4α2(160)/1-α2

640 – 640 α2 = 640α2

1280 α2 = 640
0.5 = α2

Da cui α = 0.707 (escludendo la radice negativa)

La percentuale di dissociazione di N2O4 è 0.707

Tags: costante di equilibriodensità miscela gasgrado di dissociazioneI.C.E. chartKp e Kc

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Massimiliano Balzano, ideatore e creatore di questo sito; dottore di Scienza e Ingegneria dei Materiali presso l’Università Federico II di Napoli. Da sempre amante della chimica, è cultore della materia nonché autodidatta. Diplomato al Liceo Artistico Giorgio de Chirico di Torre Annunziata.


Maurizia Gagliano, ha collaborato alla realizzazione del sito. Laureata in Chimica ed iscritta all’Ordine professionale. Ha superato il concorso ordinario per esami e titoli per l’insegnamento di Chimica e Tecnologie Chimiche. Docente.

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