Il quoziente di reazione consente di prevedere la direzione di una reazione di equilibrio conoscendo le concentrazioni iniziali o, nel caso di un equilibrio gassoso, le pressioni parziali delle specie che partecipano all’equilibrio. In una miscela di reazione, per ogni data serie di concentrazioni iniziali possiamo impostare un rapporto di concentrazioni avente la stessa forma della costante di equilibrio.
Questo rapporto viene detto quoziente di reazione e viene indicato con Qc.
Applicazioni
Se il quoziente di reazione è pari alla costante di equilibrio la reazione è all’equilibrio. Se Qc < Kc si verifica una reazione netta da sinistra a destra (reazione diretta). Se Qc > Kc si verifica una reazione netta da destra verso sinistra (reazione inversa ).
Esercizi svolti
1)L’idrogeno e lo iodio gassosi reagiscono per formare lo ioduro di idrogeno gassoso. La reazione ci è data da:
H2(g) + I2(g) ⇌ 2 HI (g)
La costante di equilibrio per questa reazione a 25°C è pari 7.1 ∙ 102. Se le concentrazioni dei gas sono: [H2] = 0.81 M ; [I2] = 0.44 M e [HI] = 0.58 M prevedere in quale direzione avverrà la reazione.
Il quoziente di reazione Qc è pari a: Qc = [HI]2/ [H2][I2]
Sostituendo in tale espressione i valori dati si ha:
Qc = ( 0.58)2 / 0.81 ∙ 0.44 = 0.94
Poiché Qc < Kc l’equilibrio si sposterà verso destra con aumento della concentrazione di HI e diminuzione dalla concentrazione di H2 e I2
2)0.350 moli di SO2, 0.500 moli di SO2Cl2 e 0.0800moli di Cl2 vengono messi in un recipiente avente volume pari a 5.00 L a 100°C. Calcolare Qc e prevedere in quale direzione procede la reazione SO2Cl2 SO2 + Cl2 sapendo che Kc a quella temperatura vale 0.078
Calcoliamo le concentrazioni iniziali delle varie specie:
[SO2] = 0.350 / 5.00 L= 0.0700 M
[SO2Cl2]= 0.500/ 5.00 L=0.100 M
[Cl2]= 0.0800 / 5.00 L= 0.0160 M
L’espressione del quoziente di reazione è:
Qc = [SO2 ][ Cl2] / [SO2Cl2]
Sostituendo i valori ricavati delle concentrazioni delle varie specie si ha:
Qc = 0.0700 ∙ 0.0160/ 0.100 = 0.0112
Poiché Qc < Kc la reazione procederà verso destra con un aumento dei prodotti e una diminuzione dei reagenti.
3)Calcolare Qc e prevedere in quale direzione procede la reazione CO + H2O CO2 + H2 sapendo che Kc = 1.0 e che le concentrazioni delle specie sono: [CO2] = 2.0 M , [H2] = 2.0 M , [CO] = 1.0 M e [H2O] = 1.0 M
L’espressione del quoziente di reazione è:
Qc = [CO2 ][H2 ]/ [CO ][ H2O]
Sostituendo i valori dati si ha:
Qc = 2.0 ∙ 2.0 / 1.0 ∙ 1.0 = 4.0
Poiché Qc > Kc la reazione procederà da destra a sinistra con relativo aumento dei reagenti e diminuzione dei prodotti di reazione
4)Data la reazione N2 + 3 H2 ⇌ 2 NH3 determinare Qc e prevedere in quale direzione procede la reazione sapendo che Kc = 0.040 e che [N2] = 0.04 M; [H2] = 0.09 M e [NH3] = 0.01 M.
L’espressione del quoziente di reazione è:
Qc = [NH3]2/ [N2][H2]3
Sostituendo i valori noti si ha:
Qc = (0.01)2/ 0.04 ( 0.09)3 = 3.4
Poiché Qc > Kc la reazione procederà da destra verso sinistra con relativo aumento dei reagenti e diminuzione del prodotto di reazione