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Home Chimica

Esercizi svolti sugli equilibri gassosi

di Chimicamo
3 Luglio 2021
in Chimica, Stechiometria
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Esercizi svolti sugli equilibri gassosi-chimicamo

Esercizi svolti sugli equilibri gassosi-chimicamo

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Sono presentate diverse tipologie di esercizi svolti relativi agli equilibri gassosi ovvero a reazioni reversibili omogenee in cui tutti i componenti sono allo stato gassoso.

Consideriamo la generica reazione di equilibrio:

aA + bB ⇌ cC + dD

dove A e B sono i reagenti e C e D sono i prodotti di reazione; a, b, c e d sono i rispettivi coefficienti stechiometrici. All'equilibrio a temperatura costante il rapporto tra il prodotto della concentrazione delle specie che si trovano a destra, ciascuna elevata al proprio coefficiente stechiometrico, e le specie che si trovano a sinistra ciascuna elevata al proprio coefficiente stechiometrico è una costante.

Ossia:

Kc = [C]c [D]d/ [A]a[B]b

Dove i simboli [A], [B], [C] e [D] indicano le concentrazioni molari delle specie presenti.

Nel caso di un equilibrio gassoso se le concentrazioni delle varie specie vengono espresse in termini di pressioni parziali la costante di equilibrio è simboleggiata con Kp ovvero:

Kp = pCc · pDd/ pAa · pBb

 La relazione tra Kc e Kp è:

Kp = Kc(RT)Δn

Dove Δn è uguale alla differenza della somma dei coefficienti stechiometrici dei prodotti e dei reagenti.

Esercizi svolti

1)      Alla temperatura di 444 °C sono fatte reagire 15 moli di H2 e 5.2 moli di I2 secondo la reazione:

H2 + I2 ⇄ 2 HI

Una volta che l'equilibrio è stato stabilito si sono formate 10 moli di HI. Calcolare le costanti di equilibrio Kc e Kp

Le moli di H2 presenti all'equilibrio sono pari a 15 –x, mentre quelle di I2 sono 5.2 –x. Dal rapporto stechiometrico le moli di HI presenti sono 2x. Il testo dell'esercizio ci suggerisce che 2x = 10 e quindi x = 10/2 = 5

ADVERTISEMENTS

Le moli di H2 sono quindi 15 – 5 = 10 e quelle di I2 sono 5.2 – 5 = 0.2.

Nell'espressione della costante di equilibrio vanno inserite le concentrazioni e non le moli, tuttavia, poiché in questa reazione Δn = 2 – 1 – 1 = 0 le moli possono essere usate al posto delle concentrazioni in quanto i volumi si semplificherebbero risultando:

Kc = (moli di HI/L)2/ (moli di H2/L)(moli di I2/L)

Quindi:

Kc = (10)2/ 10 · 0.2 = 50

Poiché Kp = Kc(RT)Δn  e Δn = 0 si ha: Kp = Kc(RT)0 = Kc = 50

Quindi nel caso in cui Δn= 0 le due costanti coincidono

2)      In un recipiente avente volume pari a 2.0 L sono introdotti a 27°C 3.06 g di solfuro acido di ammonio NH4HS . Tale composto si decompone al 30% in ammoniaca NH3 e solfuro di idrogeno secondo la reazione:

NH4HS(s) ⇄ NH3(g) + H2S(g)

Calcolare la costante di equilibrio alla temperatura indicata

Le moli di NH4HS sono pari a 3.06 g /51.1127 g/mol =0.0600

La quantità di NH4HS che si dissocia è pari a 0.0600 ∙30/100= 0.0180

All'equilibrio si formeranno pertanto 0.0180 moli di NH3 e 0.0180 moli di H2S

Le concentrazioni di entrambi i gas sono pari a 0.0180 mol/ 2.0 L= 0.00900 M

Ricordando che nella costante di un equilibrio eterogeneo, ovvero un equilibrio in cui compaiono specie in diversi stati di aggregazione, quelle solide non vanno incluse nell'espressione della costante si ha:
Kc = [NH3][ H2S] = (0.00900)(0.00900) = 8.1 · 10-5

3)       Un recipiente alla temperatura di 1000°C contiene CO2 alla pressione di 0.500 atm e grafite che reagiscono secondo la reazione di equilibrio:

CO2(g) + C(s) ⇄ 2 CO(g)

Sapendo che all'equilibrio la pressione totale è di 0.800 atm calcolare il valore di Kp.

All'equilibrio la pressione di CO2 è pari a 0.500 – x e quella di CO è pari a 2x. La somma di tali pressioni vale 0.800 atm pertanto:

0.500 – x + 2x= 0.800

0.500 + x = 0.800

x = 0.300

La pressione di CO2 è 0.500 – 0.300 = 0.200 mentre quella di CO è pari a 2 · 0.300 = 0.600

Sostituendo tali valori nell'espressione di Kp si ha:
Kp = (PCO)2/ PCO2 = (0.600)2/ 0.200 =1.80

4)      In un recipiente di 4.0 L vengono introdotte 1.00 moli di N2 e 3.00 moli di H2 che reagiscono secondo la reazione:

N2 + 3 H2 ⇄ 2 NH3

Sapendo che il 25.0% di N2 è convertito in NH3 calcolare la Kc della reazione

Il 25.0 % di 1.00 = 0.250 quindi all'equilibrio sono presenti 1.00 – 0.250 = 0.750 moli di N2 quindi N2 ha una concentrazione di 0.750 mol/ 4.0 L= 0.188 M

All'equilibrio saranno quindi presenti 3.00 – 3(0.250 ) = 2.25 moli di H2 quindi H2 ha una concentrazione pari a 2.25 / 4.0 L = 0.563 M

Le moli di NH3 formate sono 2 ∙0.250 = 0.500 quindi la concentrazione di NH3 è pari a 0.500/ 4.0 L = 0.125 M

Sostituendo tali valori nell'espressione della costante di equilibrio si ha:

Kc = [NH3]2 /[N2][ H2]3 = (0.125)2/ (0.188)(0.563)3 = 0.465

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Tags: coefficienti stechiometricicostante di equilibriopressioni parziali

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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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