Kafli 13 - Svör við æfingum

Svör við æfingum

13.1 Efnajafnvægi

Efnahvarfið getur gengið bæði í fram- og afturátt.

Þegar kerfi hefur náð jafnvægi verða engar frekari breytingar á styrk hvarfefna og myndefna; fram- og afturhvarfin halda áfram að ganga, en á jöfnum hraða.

Ekki endilega. Kerfi í jafnvægi einkennist af stöðugum styrk hvarfefna og myndefna, en gildi styrks hvarfefna og myndefna þurfa ekki að vera jöfn.

13.2 Jafnvægisfastar

Ekki er hægt að koma á jafnvægi milli vökva- og gasfasa ef tappinn er tekinn af flöskunni því kerfið er ekki lokað; einn af efnisþáttum jafnvægisins, Br₂-gufan, myndi sleppa úr flöskunni þar til allur vökvinn hyrfi. Þannig myndi meiri vökvi gufa upp en getur þéttst aftur úr gasfasa yfir í vökvafasa.

(a) K_c = [Ag⁺][Cl⁻] < 1. AgCl er torleyst; því er styrkur jónanna mun minni en 1 M; (b) ${{K}_{c}=\, \frac{1}{{{[{{{\text{Pb}}}^{{2+}}}]}{{[{{\text{Cl}}\text{−}}]}}2}}}$ > 1 vegna þess að PbCl₂ er torleyst og myndun fasta efnisins mun minnka styrk jónanna niður í lágt gildi (<1 M).

Þar sem ${{K}_{c}=\, \frac{{[{\text{C}}_{6}{\text{H}}_{6}]}}{{{{[{\text{C}}_{2}{\text{H}}_{2}]}}^{3}}},}$ þýðir gildið K_c ≈ 10 að C₆H₆ er ríkjandi yfir C₂H₂. Í slíku tilfelli væri efnahvarfið hagkvæmt í viðskiptalegum tilgangi ef hvarfhraðinn að jafnvægi er hentugur.

K_c > 1

(a) ${{Q}_{c}=\, \frac{{{[{{{\text{CH}}}_{3}\text{Cl}}]}{[{\text{HCl}}]}}}{{{[{{{\text{CH}}}_{4}}]}{[{{{\text{Cl}}}_{2}}]}}};}$ (b) ${{Q}_{c}=\, \frac{{{{{[{\text{NO}}]}}}^{2}}}{{{[{{\text{N}}_{2}}]}\, {[{{\text{O}}_{2}}]}}};}$ (c) ${{Q}_{c}=\, \frac{{{{{[{{{\text{SO}}}_{3}}]}}}^{2}}}{{{{{[{{{\text{SO}}}_{2}}]}}}^{2}{[{{\text{O}}_{2}}]}}};}$ (d) Q_c = [SO₂]; (e) ${{Q}_{c}=\, \frac{1}{{{[{{\text{P}}_{4}}]}{{{[{{\text{O}}_{2}}]}}}^{5}}};}$ (f) ${{Q}_{c}=\, \frac{{{{{[{\text{Br}}]}}}^{2}}}{{{[{{{\text{Br}}}_{2}}]}}};}$ (g) ${{Q}_{c}=\, \frac{{{[{{{\text{CO}}}_{2}}]}}}{{{[{{{\text{CH}}}_{4}}]}{{{[{{\text{O}}_{2}}]}}}^{2}}};}$ (h) Q_c = [H₂O]⁵

(a) Q_c 25 hliðrast til vinstri; (b) Q_P 0,22 hliðrast til hægri; (c) Q_c óskilgreint hliðrast til vinstri; (d) Q_P 1,00 hliðrast til hægri; (e) Q_P 0 hliðrast til hægri; (f) Q_c 4 hliðrast til vinstri

Kerfið mun hliðrast í átt að hvarfefnunum til að ná jafnvægi.

(a) einsleitt; (b) einsleitt; (c) einsleitt; (d) misleitt; (e) misleitt; (f) einsleitt; (g) misleitt; (h) misleitt

Þetta á við í (a) og (b).

(a) K_P = 1,6 $\times$ 10⁻⁴; (b) K_P = 50,2; (c) K_c = 5,31 $\times$ 10⁻³⁹; (d) K_c = 4,60 $\times$ 10⁻³

${{K}_{P}={P}_{{\text{H}2}\text{O}}=0,042.}$

${{Q}_{c}=\, \frac{{[{{\text{NH}}}_{4}^{\text{+}}][{{\text{OH}}}^{\text{−}}]}}{{[{{\text{NH}}}_{3}]}}}$

13.3 Tilfærsla jafnvægis: Lögmál Le Châteliers

Magn CaCO₃ verður að vera svo lítið að ${{P}_{{{\text{CO}}2}}}$ sé minna en K_P þegar CaCO₃ hefur brotnað alveg niður. Með öðrum orðum, upphafsmagn CaCO₃ getur ekki að fullu myndað allan þann ${{P}_{{{\text{CO}}2}}}$ sem þarf fyrir jafnvægi.

Nota má entalpíubreytinguna. Ef hvarfið er útvermið má líta á hitann sem myndast sem myndefni. Ef hvarfið er innvermið má líta á hitann sem er bætt við sem hvarfefni. Viðbótarhiti myndi hliðra útvermu hvarfi aftur til hvarfefnanna en myndi hliðra innvermu hvarfi til myndefnanna. Kæling á útvermu hvarfi veldur því að hvarfið hliðrast í átt að myndefnishliðinni; kæling á innvermu hvarfi myndi valda því að það hliðraðist í átt að hvarfefnishliðinni.

Nei, það er ekki í jafnvægi. Vegna þess að kerfið er ekki lokað sleppa myndefni stöðugt frá svæði logans; hvarfefnum er einnig stöðugt bætt við frá hellunni og umhverfinu.

Bæta við N₂; bæta við H₂; minnka rúmmál ílátsins; hita blönduna.

(a) T hækkun = hliðrun til hægri, V minnkun = hliðrun til vinstri; (b) T hækkun = hliðrun til hægri, V = engin áhrif; (c) T hækkun = hliðrun til vinstri, V minnkun = hliðrun til vinstri; (d) T hækkun = hliðrun til vinstri, V minnkun = hliðrun til hægri.

(a) ${{K}_{c}=\, \frac{{[{{\text{CH}}}_{3}\text{OH}]}}{{{{[{\text{H}}_{2}]}}^{2}[\text{CO}]}};}$ (b) [H₂] eykst, [CO] minnkar, [CH₃OH] eykst; (c), [H₂] eykst, [CO] minnkar, [CH₃OH] minnkar; (d), [H₂] eykst, [CO] eykst, [CH₃OH] eykst; (e), [H₂] eykst, [CO] eykst, [CH₃OH] minnkar; (f), engar breytingar.

(a) ${{K}_{c}=\, \frac{{[\text{CO}][{\text{H}}_{2}]}}{{[{\text{H}}_{2}\text{O}]}};}$ (b) [H₂O] engin breyting, [CO] engin breyting, [H₂] engin breyting; (c) [H₂O] minnkar, [CO] minnkar, [H₂] minnkar; (d) [H₂O] eykst, [CO] eykst, [H₂] minnkar; (e) [H₂O] minnkar, [CO] eykst, [H₂] eykst. Í (b), (c), (d) og (e) mun massi kolefnis breytast en styrkur þess (virkni) breytist ekki.

Aðeins (b)

Bætið NaCl eða öðru salti sem myndar Cl⁻ út í lausnina. Kæling lausnarinnar þvingar jafnvægið til hægri og fellir út meira AgCl(s).

Þrátt fyrir að lausnin sé mettuð þýðir kvikt eðli upplausnarjafnvægisins að andstæðir ferlar upplausnar fasts efnis og útfellingar halda áfram að eiga sér stað (bara á jöfnum hraða, sem þýðir að styrkur uppleystra jóna og magn óuppleysts fasts efnis haldast stöðug). Geislavirku Ag⁺ jónirnar sem greinast í lausnarfasann koma frá upplausn fasta efnisins sem bætt var við og tilvist þeirra er mætt með útfellingu ógeislavirkra Ag⁺.

13.4 Jafnvægisútreikningar

${{K}_{c}=\, \frac{{{{[\text{C}]}}^{2}}}{{{[\text{A}]}{{{[\text{B}]}}}^{2}}}.}$ [A] = 0,1 M, [B] = 0,1 M, [C] = 1 M; og [A] = 0,01, [B] = 0,250, [C] = 0,791.

K_c = 6,00 $\times$ 10⁻²

K_c = 0,50

K_P = 1,9 $\times$ 10³

K_P = 3,06

(a) −2x, +2x; (b) $\frac{4}{3}x$ , $–\frac{2}{3}x$ , −2x; (c) −2x, 3x; (d) x, –x, −3x; (e) +x; (f) $–\frac{1}{4}x$

Virknin í hreinum kristalkenndum fastefnum er jöfn 1 og er stöðug; massi Ni breytist hins vegar.

[NH₃] = 9,1 $\times$ 10⁻² M

P_BrCl = 4,9 $\times$ 10⁻² atm

[CO] = 2,04 $\times$ 10⁻⁴ M

${{P}_{{\text{H}\text{2}}}_{\text{O}}=3,64\, \times \, {{10}}^{{\text{−3}}}\, \text{atm}}$

Reiknaðu Q út frá reiknuðum styrkjum og athugaðu hvort það sé jafnt og K_c. Þar sem Q er jafnt og 4,32 hlýtur kerfið að vera í jafnvægi.

(a) [NO₂] = 1,17 $\times$ 10⁻³ M; [N₂O₄] = 0,128 M; (b) Forsendan um að x sé hverfandi lítið miðað við 0,129 er staðfest með því að bera saman upphafsstyrk N₂O₄ við styrk þess við jafnvægi (munurinn er aðeins 1 í síðasta markverða stafnum).

(a) [H₂S] = 0,810 atm, [H₂] = 0,014 atm, [S₂] = 0,0072 atm; (b) Forsendan um að 2x sé hverfandi lítið miðað við 0,824 er staðfest með því að bera saman upphafsstyrk H₂S við styrk þess við jafnvægi (0,824 atm á móti 0,810 atm, munur sem er minni en 2%).

[PCl₅] = 1,80 M; [Cl₂] = 0,195 M; [PCl₃] = 0,195 M.

507 g

330 g

(a) 0,33 mól. (b) [CO₂] = 0,50 M. Viðbætt H₂ myndar nokkuð vatn vegna hliðrunar til vinstri eftir að H₂ er bætt við.

(a) ${{K}_{c}=\, \frac{{{{[{{\text{NH}}}_{3}]}}^{4}{{[{\text{O}}_{2}]}}^{7}}}{{{{[{{\text{NO}}}_{2}]}}^{4}{{[{\text{H}}_{2}\text{O}]}}^{6}}}.}$ (b) [NH₃] verður að aukast til að Q_c nái K_c. (c) Aukning á rúmmáli kerfisins myndi lækka hlutþrýsting allra hvarfefna (þar með talið NO₂). (d) ${{P}_{{\text{O}\text{2}}}=49\, \text{torr}}$

${{P}_{{\text{N}\text{2}}}_{{\text{O}\text{3}}}=1,90\, \text{atm og}\, {P}_{{\text{NO}}}={P}_{{{\text{NO}}\text{2}}}=1,90\, \text{atm}}$