Reakcja rozkładu NO2 przebiega zgodnie z równaniem:
2NO2 (g) ⇄ 2NO (g) + O2 (g)
W zamkniętym reaktorze prowadzono reakcję do momentu ustalenia się stanu równowagi. Zależność stałej równowagi 𝐾 opisanej reakcji rozkładu od temperatury przedstawiono na poniższym wykresie.
Na podstawie: W. Mizerski, Tablice chemiczne, Warszawa 2013.
Do reaktora o stałej pojemności równej 1,0 dm3 wprowadzono tlenek azotu(II) oraz tlen. W temperaturze 900 K zainicjowano reakcję syntezy tlenku azotu(IV). Stwierdzono, że po osiągnięciu stanu równowagi stężenie tlenku azotu(II) w reaktorze było równe
1,0 mol · dm–3, a stężenie tlenu wynosiło 2,0 mol · dm–3.
Oblicz wydajność reakcji utleniania tlenku azotu(II) prowadzonej w temperaturze 900 K. Wynik podaj w procentach.
W celu wyznaczenia stężeniowej stałej równowagi syntezy amoniaku w temperaturze 𝑇 do
reaktora o stałej pojemności wprowadzono azot i wodór. Początkowe stężenie azotu było
równe 0,20 mol ⋅ dm–3, a początkowe stężenie wodoru wynosiło 0,60 mol ⋅ dm–3.
Następnie reaktor zamknięto i utrzymywano stałą temperaturę 𝑇. W reaktorze zaszła reakcja
opisana poniższym równaniem.
N2 + 3H2 ⇄ 2NH3
Po pewnym czasie stwierdzono, że ciśnienie w reaktorze obniżyło się do 75% początkowej
wartości i już się nie zmieniało.
Oblicz stężeniową stałą równowagi syntezy amoniaku w temperaturze 𝑻.
Do zlewki zawierającej 100 cm3 wody destylowanej o temperaturze 25 °C dodano chlorek srebra(I). Po pewnym czasie w zlewce powstał nasycony roztwór chlorku srebra(I), czyli ustalił się stan równowagi między osadem a roztworem. Następnie w zlewce rozpuszczono pewną ilość chlorku potasu, która w tej objętości roztworu uległa całkowitemu rozpuszczeniu. Opisane doświadczenie przedstawiono na schemacie:
Rozstrzygnij, czy w wyniku dodania chlorku potasu do otrzymanej mieszaniny masa osadu w zlewce zwiększyła się, zmniejszyła się, czy też nie uległa zmianie. Odpowiedź uzasadnij. W uzasadnieniu odwołaj się do procesu równowagowego w roztworze.
Chlorek fosforu(V) o wzorze PCl5 ulega rozkładowi zgodnie z równaniem:
PCl5 (g) ⇄ PCl3 (g) + Cl2 (g) Δ𝐻 > 0
7.1. (0–4)
Do cylindrycznego reaktora z ruchomym tłokiem wprowadzono 25,0 g stałego chlorku fosforu(V) i wypompowano całe powietrze. Zawartość reaktora ogrzano do temperatury 260 °C, co początkowo spowodowało sublimację całego chlorku fosforu(V), a w dalszej kolejności jego rozkład termiczny. W układzie utrzymywano stałe ciśnienie równe 1013 hPa, natomiast zmianie ulegała objętość mieszaniny gazów w reaktorze. W chwili 𝑡 w układzie ustaliła się równowaga. Gęstość równowagowej mieszaniny gazów w reaktorze wynosiła
𝑑=2,63 g∙dm−3.
Na podstawie: W. Mizerski, Tablice chemiczne, Warszawa 2013.
Oblicz wartość stężeniowej stałej równowagi reakcji dysocjacji termicznej chlorku fosforu(V) w temperaturze 260 °C. Przyjmij: R = 83,14 hPa ∙ dm3 ∙ mol–1 ∙ K–1, MPCl5 = 208,5 g ∙ mol–1, MPCl3 = 137,5 g ∙ mol–1.
7.2. (0–2)
Na poniższym wykresie przedstawiono zmianę stężenia molowego chlorku fosforu(V) PCl5
w trakcie – opisanej w informacji wstępnej – reakcji prowadzonej w temperaturze 260 °C.
Tę reakcję przeprowadzono ponownie w tym samym reaktorze. Zmieniono jedynie temperaturę, w której znajdował się układ – wynosiła ona 400 °C.
Poniżej zestawiono wykresy przedstawiające zależność stężenia PCl5 od czasu. Osie na wszystkich wykresach są wyskalowane tak samo.
Rozstrzygnij, na którym z poniższych wykresów (1.–4.) niebieska linia przedstawia zmianę stężenia molowego chlorku fosforu(V) PCl5w trakcie reakcji prowadzonej w wyższej temperaturze. Odpowiedź uzasadnij – zapisz dwa różne argumenty.
Wprowadzenie CO2 do roztworu pozostającego w równowadze z osadem węglanów
powoduje ich przemianę w lepiej rozpuszczalne wodorowęglany.
Stężenie CO2 w roztworze zwiększa się wraz ze wzrostem ciśnienia tego gazu w mieszaninie
gazów (np. w powietrzu) nad roztworem. W tabeli przedstawiono stężenie jonów Ca2+
w roztworze pozostającym w równowadze z osadem węglanu wapnia w zależności od
ciśnienia CO2 w mieszaninie gazów nad roztworem (w temperaturze 𝑇).
ciśnienie CO2, kPa
0,0
0,032
1,0
stężenie jonów Ca2+, mol · dm–3
2,53 ∙ 10–5
8,68 ∙ 10–4
2,73 ∙ 10–3
Na podstawie: A. M. Trzeciak, Wstęp do chemii nieorganicznej środowiska, Wrocław 1995.
Uzupełnij poniższe zdania. Wybierz i zaznacz jedną odpowiedź spośród podanych
w każdym nawiasie.
Wartość pH wody, w której rozpuszcza się CO2, (rośnie / maleje).
Przy wzroście ciśnienia tlenku węgla(IV) w mieszaninie gazów nad roztworem, w układzie
mającym temperaturę 𝑇, od wartości 0,0 kPa do wartości 1,0 kPa następuje ok. 100-krotny
(wzrost / spadek) stężenia jonów Ca2+ w wodzie.
Reakcja tlenku węgla(IV) z wodorem przebiega zgodnie z równaniem:
CO2 (g) + H2 (g) ⇄ CO (g) + H2O (g)
W tabeli przedstawiono wartości stężeniowej stałej równowagi Kc tej reakcji w wybranych
temperaturach.
Temperatura, K
400
600
800
1000
Stała równowagi
6,47 ∙ 10–4
3,54 ∙ 10–2
2,37 ∙ 10–1
6,97 ∙ 10–1
Na podstawie: W. Mizerski, Tablice chemiczne, Warszawa 2013.
Do reaktora o stałej pojemności wprowadzono 10 moli tlenku węgla(IV) i 5 moli wodoru.
Reaktor zamknięto i w temperaturze 800 K zainicjowano reakcję. Po pewnym czasie układ
osiągnął stan równowagi.
Oblicz stosunek molowy tlenku węgla(IV) do wodoru w reaktorze po ustaleniu się
stanu równowagi w temperaturze 800 K.
Wprowadzenie CO2 do roztworu pozostającego w równowadze z osadem węglanów
powoduje ich przemianę w lepiej rozpuszczalne wodorowęglany.
Stężenie CO2 w roztworze zwiększa się wraz ze wzrostem ciśnienia tego gazu w mieszaninie
gazów (np. w powietrzu) nad roztworem. W tabeli przedstawiono stężenie jonów Ca2+
w roztworze pozostającym w równowadze z osadem węglanu wapnia w zależności od
ciśnienia CO2 w mieszaninie gazów nad roztworem (w temperaturze 𝑇).
ciśnienie CO2, kPa
0,0
0,032
1,0
stężenie jonów Ca2+, mol · dm–3
2,53 ∙ 10–5
8,68 ∙ 10–4
2,73 ∙ 10–3
Na podstawie: A. M. Trzeciak, Wstęp do chemii nieorganicznej środowiska, Wrocław 1995.
Uzupełnij poniższe zdania. Wybierz i zaznacz jedną odpowiedź spośród podanych
w każdym nawiasie.
Wartość pH wody, w której rozpuszcza się CO2, (rośnie / maleje).
Przy wzroście ciśnienia tlenku węgla(IV) w mieszaninie gazów nad roztworem, w układzie
mającym temperaturę 𝑇, od wartości 0,0 kPa do wartości 1,0 kPa następuje ok. 100-krotny
(wzrost / spadek) stężenia jonów Ca2+ w wodzie.
Reakcja tlenku węgla(IV) z wodorem przebiega zgodnie z równaniem:
CO2 (g) + H2 (g) ⇄ CO (g) + H2O (g)
W tabeli przedstawiono wartości stężeniowej stałej równowagi Kc tej reakcji w wybranych
temperaturach.
Temperatura, K
400
600
800
1000
Stała równowagi
6,47 ∙ 10–4
3,54 ∙ 10–2
2,37 ∙ 10–1
6,97 ∙ 10–1
Na podstawie: W. Mizerski, Tablice chemiczne, Warszawa 2013.
Do reaktora o stałej pojemności wprowadzono 10 moli tlenku węgla(IV) i 5,0 moli wodoru.
Reaktor zamknięto i w temperaturze 800 K zainicjowano reakcję. Po pewnym czasie układ
osiągnął stan równowagi.
Oblicz stosunek molowy tlenku węgla(IV) do wodoru w reaktorze po ustaleniu się
stanu równowagi w temperaturze 800 K.
Stężeniowa stała równowagi reakcji zilustrowanej poniższym równaniem:
CO2 (g) + H2 (g) ⇄ CO (g) + H2O (g) Δ𝐻 > 0
w temperaturze T wynosi 1,0.
12.1. (0–1)
Oceń prawdziwość poniższych zdań. Zaznacz P, jeśli zdanie jest prawdziwe, albo F –
jeśli jest fałszywe.
1.
Zwiększenie ciśnienia w warunkach izotermicznych (T = const) w opisanym układzie będącym w stanie równowagi będzie skutkowało wzrostem wydajności reakcji otrzymywania tlenku węgla(II) i pary wodnej.
P
F
2.
Obniżenie temperatury w warunkach izobarycznych (p = const) w opisanym układzie będącym w stanie równowagi będzie skutkowało zmniejszeniem wartości stałej równowagi reakcji otrzymywania tlenku węgla(II) i pary wodnej.
P
F
12.2. (0–2)
W reaktorze o pojemności 1,0 dm3 zmieszano w temperaturze T tlenek węgla(IV) i wodór.
Sumaryczna liczba moli tych reagentów była równa 10.
Oblicz początkową liczbę moli tlenku węgla(IV) i początkową liczbę moli wodoru
w mieszaninie, jeżeli wiadomo, że do momentu ustalenia się stanu równowagi
w temperaturze T przereagowało 60% wodoru.
Stężeniowa stała równowagi reakcji zilustrowanej poniższym równaniem:
CO2 (g) + H2 (g) ⇄ CO (g) + H2O (g) Δ𝐻 > 0
w temperaturze T wynosi 1,0.
13.1. (0–1)
Oceń prawdziwość poniższych zdań. Zaznacz P, jeśli zdanie jest prawdziwe, albo F –
jeśli jest fałszywe.
1.
Zwiększenie ciśnienia w warunkach izotermicznych (T = const) w opisanym układzie będącym w stanie równowagi będzie skutkowało wzrostem wydajności reakcji otrzymywania tlenku węgla(II) i pary wodnej.
P
F
2.
Obniżenie temperatury w warunkach izobarycznych (p = const) w opisanym układzie będącym w stanie równowagi będzie skutkowało zmniejszeniem wartości stałej równowagi reakcji otrzymywania tlenku węgla(II) i pary wodnej.
P
F
13.2. (0–2)
W reaktorze o pojemności 1,0 dm3 zmieszano w temperaturze T tlenek węgla(IV) i wodór.
Sumaryczna liczba moli tych reagentów była równa 10.
Oblicz początkową liczbę moli tlenku węgla(IV) i początkową liczbę moli wodoru
w mieszaninie, jeżeli wiadomo, że do momentu ustalenia się stanu równowagi
w temperaturze T przereagowało 60% wodoru.
Fosgen to silnie trujący związek o wzorze COCl2. W reakcjach fosgenu z alkoholami otrzymuje
się odpowiednie estry kwasu węglowego, a w procesach polikondensacji z udziałem fosgenu
powstają poliwęglany – szeroko stosowane tworzywa zastępujące szkło.
Substratami do otrzymywania fosgenu są tlenek węgla(II) i chlor. W mieszaninie tych gazów
zachodzi – pod wpływem światła – odwracalna reakcja opisana równaniem:
CO (g) + Cl2 (g) ⇄ COCl2 (g)
Do reaktora o pojemności 4,0 dm3 wprowadzono gazowe substraty: 0,40 mol CO
i 0,20 mol Cl2. Gdy w temperaturze 𝑇 ustaliła się równowaga, stwierdzono, że
przereagowało 80% chloru.
Oblicz stężeniową stałą równowagi syntezy fosgenu w temperaturze T.
Reakcja syntezy pewnego związku XY jest opisana równaniem:
X2(g) + Y2(g) ⇄ 2XY(g)
Stężeniowa stała równowagi tej przemiany w temperaturze T jest równa Kc = 4,0.
W temperaturze 𝑇 do reaktora o pojemności 1,0 dm3 wprowadzono po 1,5 mol substancji X2
i Y2 oraz 3,5 mol substancji XY. Stężeniowa stała równowagi w temperaturze T jest równa
Kc = 4,0.
Oblicz stężenie równowagowe substratów (X2 i Y2) opisanej przemiany
w temperaturze T.
Reakcja syntezy pewnego związku XY jest opisana równaniem:
X2(g) + Y2(g) ⇄ 2XY(g)
Stężeniowa stała równowagi tej przemiany w temperaturze T jest równa Kc = 4,0.
Aby przewidzieć, czy w układzie – mieszaninie reakcyjnej substratów i produktu – został już
osiągnięty stan równowagi, można obliczyć tzw. iloraz reakcji Q. Wyrażenie na iloraz reakcji
jest takie samo jak wyrażenie na stałą równowagi, lecz stężenia w nim występujące dotyczą
dowolnego stadium przemiany. Obliczoną wartość ilorazu reakcji Q porównuje się
z wartością Kc. Jeżeli Q < Kc, to można założyć, że (w dążeniu do osiągnięcia stanu
równowagi) reakcja zachodzi w kierunku tworzenia produktów, jeżeli Q > Kc – w kierunku
tworzenia substratów.
Na podstawie: L. Jones, P. Atkins, Chemia ogólna, Warszawa 2006.
W temperaturze T do reaktora o pojemności 1,0 dm3 wprowadzono po 1,5 mol substancji X2
i Y2 oraz 3,5 mol substancji XY.
Oblicz iloraz reakcji Q w momencie zmieszania reagentów w temperaturze T.
Następnie uzupełnij poniższe zdanie. Wybierz i zaznacz jedną odpowiedź spośród
podanych w nawiasie.
W momencie zmieszania reagentów w temperaturze 𝑇 szybkość reakcji syntezy produktu XY
jest (mniejsza niż / taka sama jak / większa niż) szybkość reakcji rozpadu produktu XY na
substraty.
Reakcja syntezy pewnego związku XY jest opisana równaniem:
X2(g) + Y2(g) ⇄ 2XY(g)
Stężeniowa stała równowagi tej przemiany w temperaturze T jest równa Kc = 4,0.
Spośród poniższych wykresów wybierz ten, który może przedstawiać zmianę stężenia
substratu X2 i produktu XY w czasie, przy założeniu, że substraty reakcji zmieszano
w stosunku stechiometrycznym. Zaznacz literę A, B, C albo D.
o równych objętościach. Do każdej zlewki wprowadzono jednakową porcję stałego węglanu
wapnia. Zawartość zlewek wymieszano i odstawiono. Stwierdzono, że w żadnej zlewce
węglan wapnia nie uległ całkowitemu rozpuszczeniu. Temperatura wszystkich roztworów
po zakończeniu doświadczenia wynosiła 25 °C.
18.1. (0–1)
Oblicz stężenie molowe jonów Ca2+ w roztworze otrzymanym w zlewce A po
zakończeniu doświadczenia.
18.2. (0–2)
Rozstrzygnij, w której ze zlewek (A, B czy C) po zakończeniu doświadczenia znajdował
się roztwór o największym stężeniu jonów Ca2+, a w której – roztwór o najmniejszym
stężeniu jonów Ca2+. Zaznacz poprawną odpowiedź w każdym nawiasie i uzasadnij
swoje stanowisko. W uzasadnieniu najmniejszego stężenia jonów Ca2+ odwołaj się do
procesu równowagowego zachodzącego w roztworze.
Najwięcej jonów Ca2+ znajdowało się w roztworze otrzymanym w zlewce (A / B / C).
Uzasadnienie:
Najmniej jonów Ca2+ znajdowało się w roztworze otrzymanym w zlewce (A / B / C).
Uzasadnienie:
Fosgen to silnie trujący związek o wzorze COCl2. W reakcjach fosgenu z alkoholami otrzymuje
się odpowiednie estry kwasu węglowego, a w procesach polikondensacji z udziałem fosgenu
powstają poliwęglany – szeroko stosowane tworzywa zastępujące szkło.
Substratami do otrzymywania fosgenu są tlenek węgla(II) i chlor. W mieszaninie tych gazów
zachodzi – pod wpływem światła – odwracalna reakcja opisana równaniem:
CO (g) + Cl2 (g) ⇄ COCl2 (g)
Do reaktora o pojemności 4,0 dm3 wprowadzono gazowe substraty: 0,40 mol CO
i 0,20 mol Cl2. Gdy w temperaturze 𝑇 ustaliła się równowaga, stwierdzono, że
przereagowało 80% chloru.
Oblicz stężeniową stałą równowagi syntezy fosgenu w temperaturze T.
Do reaktora wprowadzono pod ciśnieniem atmosferycznym gazową substancję X i zapoczątkowano reakcje chemiczną, w wyniku której powstał gaz Y. Po pewnym czasie,
w temperaturze T1, ustaliła się równowaga opisana równaniem:
X (g) ⇄ Y (g) ΔH > 0
Na wykresie przedstawiono wyniki pomiaru stężeń reagentów X i Y w trakcie trwania procesu
oraz po ustaleniu się stanu równowagi dynamicznej w temperaturze T1.
Następnie powtórzono ten eksperyment przy tym samym stężeniu początkowym substancji X
i tym samym ciśnieniu, ale w temperaturze T2 wyższej od temperatury T1.
17.1. (1 pkt)
Zaznacz wykres, który przedstawia zmianę stężenia reagentów w czasie trwania procesu
pod ciśnieniem atmosferycznym w temperaturze T2 (linia przerywana), wyższej niż
temperatura T1 (linia ciągła).
17.2. (1 pkt)
Oceń, czy zmieni się (wzrośnie albo zmaleje), czy też nie ulegnie zmianie wydajność
reakcji otrzymywania substancji Y, jeśli w układzie będącym w stanie równowagi nastąpi
wzrost ciśnienia w warunkach izotermicznych. Odpowiedź uzasadnij.
Cząsteczki kwasu etanowego mogą łączyć się wiązaniami wodorowymi i tworzyć dimer:
Ten dimer występuje w stanie gazowym oraz w roztworach kwasu etanowego w rozpuszczalnikach nietworzących z nim wiązań wodorowych.
Roztwór 60,0 g kwasu octowego (1,00 mol) w 100,0 g benzenu wykazuje temperaturę wrzenia wyższą o 20,1°C względem wrzenia czystego benzenu. Podwyższenie temperatury wrzenia rozpuszczalnika jest proporcjonalne do łącznej liczby drobin substancji rozpuszczonej w rozpuszczalniku. Tę zależność opisuje poniższy wzór:
Δ𝑡 = 𝐾b ∙ 𝑛𝑚r
gdzie Δ𝑡 to różnica temperatury wrzenia roztworu i czystego rozpuszczalnika (wyrażona w °C), 𝑛 – sumaryczna liczba drobin w roztworze (wyrażona w molach), 𝑚r – masa rozpuszczalnika (wyrażona w kilogramach), a 𝐾b – stała ebulioskopowa, której wartość dla benzenu wynosi 2,51°C ∙ kg ∙ mol–1.
Oblicz stężeniową stałą równowagi reakcji:
2CH3COOH ⇄ (CH3COOH)2
w temperaturze T. W obliczeniach pomiń autodysocjację kwasu octowego i przyjmij, że otrzymany roztwór CH3COOH w benzenie miał gęstość równą 0,96 g ∙ cm–3.
