Do mieszaniny kwasu octowego i etanolu dodano stężony kwas siarkowy(VI) i całość ogrzano. Zaszła reakcja opisana poniższym równaniem.
CH3COOH + C2H5OH H2SO4 CH3COOC2H5 + H2O
Na wykresie została przedstawiona zależność liczby moli etanolu i octanu etylu w mieszaninie reakcyjnej w funkcji czasu.
Uzupełnij poniższe zdania. Wybierz i zaznacz jedną odpowiedź spośród podanych w każdym nawiasie.
W chwili 𝑡1 w układzie (nie ustalił / ustalił) się stan równowagi chemicznej. W chwili 𝑡2 w mieszaninie reakcyjnej (zachodzą reakcje estryfikacji i hydrolizy estru / nie zachodzi żadna reakcja). Aby w chwili 𝑡3 zaczęła w mieszaninie rosnąć liczba moli etanolu, należy do mieszaniny dodać (kwas octowy / wodę).
Do reaktora o pojemności 1,0 dm3 wprowadzono pewną liczbę moli substancji A oraz pewną
liczbę moli substancji B. Reaktor zamknięto i zainicjowano reakcję chemiczną, która
przebiegała w stałej temperaturze T zgodnie z równaniem:
A (g) + B (g) ⇄ C (g) + D (g)
Do momentu ustalenia stanu równowagi przereagowało 20 % substancji A. W tych
warunkach stężeniowa stała równowagi opisanej reakcji jest równa 2,0.
Oblicz, jaki procent liczby moli wyjściowej mieszaniny stanowiła substancja A.
Jon kompleksowy składa się z atomu centralnego i ligandów. Funkcję atomu centralnego
spełniają najczęściej kationy metali. Ligandami są drobiny chemiczne, które łączą się z atomem
(jonem) centralnym wiązaniem koordynacyjnym za pomocą wolnej pary elektronowej atomu
donorowego wchodzącego w skład ligandu. Ligandami mogą być cząsteczki obojętne, np.
H2O, NH3, lub aniony, np. Cl−, OH−.
Powstawanie kompleksu jonu metalu M z ligandami L można opisać sumarycznym
równaniem:
M + nL ⇄ MLn
Indeks n oznacza liczbę ligandów, z którymi łączy się jon metalu.
Na podstawie: J. Minczewski, Z. Marczenko, Chemia analityczna, Warszawa 2001
oraz M. Cieślak-Golonka, J. Starosta, M. Wasielewski, Wstęp do chemii koordynacyjnej, Warszawa 2010.
Jony etylenodiaminotetraoctanowe (EDTA) są jednym z najpopularniejszych czynników
kompleksujących. Te jony – umownie oznaczone wzorem Y4– – tworzą kompleks z jonami
magnezu zgodnie z równaniem:
Mg2+ + Y4– ⇄ MgY2−
Równowagę reakcji kompleksowania opisuje stała trwałości tego kompleksu β, która wyraża
się równaniem:
β = [MgY2–][Mg2+] ∙ [Y4–]
W temperaturze 25ºC stała trwałości tej reakcji jest równa 5 ∙ 108.
Na podstawie: J. Minczewski, Z. Marczenko, Chemia analityczna, Warszawa 2001.
Zmieszano wodny roztwór zawierający jony magnezu Mg2+ z wodnym roztworem ligandu
Otrzymano 1 dm3 roztworu, w którym po ustaleniu się stanu równowagi w temperaturze 25ºC
stężenie jonów MgY2– było równe 1,00∙10–1 mol∙dm–3, a stężenie jonów Y4– wyniosło
0,05∙10–1 mol∙dm–3.
Oblicz stężenie jonów Mg2+ w otrzymanym roztworze (w temperaturze 25ºC)
i rozstrzygnij, czy prawdziwe jest twierdzenie, że praktycznie wszystkie jony Mg2+ użyte
do sporządzenia roztworu występują w postaci kompleksu MgY2–.
Na podstawie: J. Sawicka i inni, Tablice chemiczne, Gdańsk 2004.
Napisz numer reaktora, w którym pod wpływem wzrostu ciśnienia (T = const) wzrosło
stężenie równowagowe odpowiedniego wodorku, oraz numer reaktora, w którym pod
wpływem wzrostu temperatury (p = const) wzrosło stężenie równowagowe odpowiedniego
wodorku.
Wzrost ciśnienia skutkuje wzrostem stężenia równowagowego wodorku w reaktorze .
Wzrost temperatury skutkuje wzrostem stężenia równowagowego wodorku w reaktorze .
Do reaktora, w którym znajdowała się stała substancja X, wprowadzono pod ciśnieniem
atmosferycznym gazową substancję Y i zapoczątkowano reakcję chemiczną, w wyniku której
powstawał gaz Z. Po 10 minutach, w temperaturze T1, ustaliła się równowaga opisana
równaniem:
X (s) + Y (g) ⇄ Z (g)
Na wykresie przedstawiono wyniki pomiaru liczby moli gazowych reagentów w trakcie trwania
procesu oraz po ustaleniu się stanu równowagi w temperaturze T1. W piętnastej minucie
eksperymentu zmieniono w układzie temperaturę na T2 wyższą od T1, czego konsekwencją
było ustalenie się nowego stanu równowagi po dwudziestu minutach eksperymentu, co także
zilustrowano na poniższym wykresie.
Napisz wyrażenie na stężeniową stałą równowagi reakcji tworzenia związku Z i oszacuj
jej wartość w temperaturze T1. Uwzględnij fakt, że w wyrażeniu na stałą równowagi tej
reakcji pomija się stężenie substancji stałej.
Jod bardzo słabo rozpuszcza się w wodzie i jego nasycony roztwór, nazywany wodą jodową,
w temperaturze 25°C ma stężenie ok. 1,3·10‒3 mol·dm‒3. Dużo lepiej jod rozpuszcza się
(roztwarza) w roztworze zawierającym jony jodkowe, gdyż przebiega tam reakcja opisana
równaniem:
I2 + I‒ ⇄ I–3
Stężeniowa stała tej równowagi w temperaturze 25°C jest równa 700.
W niektórych schorzeniach tarczycy stosuje się tzw. płyn Lugola, który można przyrządzić,
jeśli wymiesza się 1 g jodu i 2 g jodku potasu z 97 g wody.
Oblicz równowagowe stężenie jonów jodkowych (I‒) w płynie Lugola w temperaturze
25°C. Przyjmij, że gęstość tego roztworu w temperaturze pokojowej jest równa
1,05 g·cm‒3.
Skład mieszaniny można wyrazić za pomocą ułamków molowych. Ułamek molowy
składnika A, xn(A), to iloraz liczby moli tego składnika, nA, i sumy liczb moli wszystkich składników mieszaniny. Np. dla mieszaniny trójskładnikowej A. B. C:
Xn(A) = nAnA + nB + nC
W pewnych warunkach ciśnienia i temperatury sporządzono mieszaninę dwóch gazowych substancji: wodoru i jodu, w zamkniętym reaktorze o objętości V = 20,0 dm3.
uzyskano w stanie równowagi mieszaninę o składzie m(I2) = 381 g, n(HI) - 1,50 mol oraz pewną ilość wodoru. Sumaryczna liczba moli wszystkich składników uzyskanej mieszaniny równowagowej wynosiła 6,00 moli.
Oblicz wartość stężeniowej stałej równowagi reakcji syntezy jodowodoru w warunkach
temperatury i ciśnienia, w których wykonano pomiar, oraz oblicz skład początkowej
mieszaniny substratów reakcji w ułamkach molowych.
Do reaktora o stałej pojemności, z którego usunięto powietrze, wprowadzono próbkę
gazowego związku A i zainicjowano reakcję. W zamkniętym reaktorze ustaliła się równowaga
opisana równaniem:
A (g) ⇄ 2B (g)
Mierzono stężenie związku A w czasie trwania reakcji. Tę zależność przedstawiono na
poniższym wykresie:
Z poniższych wykresów wybierz ten, który jest ilustracją zależność stężenia związku B
od czasu trwania reakcji. Zaznacz wykres A, B, C albo D i uzasadnij swój wybór.
W wysokiej temperaturze węgiel reaguje z tlenkiem węgla(IV) i ustala się równowaga
chemiczna:
CO2 (g) + C (s) ⇄ 2CO (g)
Objętościową zawartość procentową CO i CO2 w gazie pozostającym w równowadze
z węglem w zależności od temperatury (pod ciśnieniem atmosferycznym 1013 hPa) przedstawiono na poniższym wykresie.
Na podstawie: A. Bielański, Podstawy chemii nieorganicznej, Warszawa 2004.
W mieszaninie gazów doskonałych sumaryczne stężenie molowe wyraża się wzorem:
c = pR ∙ T
gdzie:
p – ciśnienie w hPa
T – temperatura w K
R – stała gazowa równa 83,1 hPa∙dm3 ∙K–1∙mol–1.
Ponadto
c = CO + CO2
oraz
[CO][CO2] = nconco2
Oblicz wartość stężeniowej stałej równowagi opisanej przemiany w temperaturze 873 K i pod ciśnieniem 1013 hPa. Wyrażenie na stężeniową stałą równowagi tej reakcji
przyjmuje postać:
Stężeniowa stała równowagi reakcji przebiegającej zgodnie z równaniem:
H2 (g) + CO2 (g) ⇄ CO (g) + H2O (g) ΔHor = 41,17 kJ ⋅ mol-1
w temperaturze 800 K wynosi 0,24.
Do zamkniętego reaktora o stałej objętości wprowadzono 2 mole CO2 i 2 mole H2.
W reaktorze, w którym utrzymywano temperaturę 800 K, ustalił się stan równowagi opisanej
reakcji.
Na podstawie: W. Mizerski, Tablice chemiczne, Warszawa 1997, s. 144.
Określ, czy w temperaturze 400 K stężeniowa stała równowagi opisanej reakcji jest większa, czy mniejsza od 0,24. Odpowiedź uzasadnij.
W temperaturze 25°C do 1 mola kwasu etanowego dodano 1 mol etanolu i uzyskano
mieszaninę o objętości V. Do otrzymanej mieszaniny dodano niewielką ilość stężonego kwasu
siarkowego(VI). Przebiegła reakcja i w temperaturze 25°C ustalił się stan równowagi, co
zilustrowano równaniem:
CH3COOH + CH3CH2OH H+ CH3COOCH2CH3 + H2O
Stężeniowa stała równowagi tej reakcji w temperaturze 25°C jest równa Kc = 4.
Oblicz wydajność opisanej reakcji estryfikacji w temperaturze 25°C.
Stężeniowa stała równowagi reakcji przebiegającej zgodnie z równaniem:
H2 (g) + CO2 (g) ⇄ CO (g) + H2O (g) ΔHor = 41,17 kJ ⋅ mol-1
w temperaturze 800 K wynosi 0,24.
Do zamkniętego reaktora o stałej objętości wprowadzono 2 mole CO2 i 2 mole H2.
W reaktorze, w którym utrzymywano temperaturę 800 K, ustalił się stan równowagi opisanej
reakcji.
Na podstawie: W. Mizerski, Tablice chemiczne, Warszawa 1997, s. 144.
Zaznacz wykres, który ilustruje zmiany liczby moli CO2 w reaktorze od momentu zapoczątkowania reakcji do osiągnięcia przez układ stanu równowagi.
Stężeniowa stała równowagi reakcji przebiegającej zgodnie z równaniem:
H2 (g) + CO2 (g) ⇄ CO (g) + H2O (g) ΔHor = 41,17 kJ ⋅ mol-1
w temperaturze 800 K wynosi 0,24.
Do zamkniętego reaktora o stałej objętości wprowadzono 2 mole CO2 i 2 mole H2.
W reaktorze, w którym utrzymywano temperaturę 800 K, ustalił się stan równowagi opisanej
reakcji.
Na podstawie: W. Mizerski, Tablice chemiczne, Warszawa 1997, s. 144.
Napisz wyrażenie na stałą równowagi opisanej reakcji.
Stężeniowa stała równowagi reakcji przebiegającej zgodnie z równaniem:
H2 (g) + CO2 (g) ⇄ CO (g) + H2O (g) ΔHor = 41,17 kJ ⋅ mol-1
w temperaturze 800 K wynosi 0,24.
Do zamkniętego reaktora o stałej objętości wprowadzono 2 mole CO2 i 2 mole H2.
W reaktorze, w którym utrzymywano temperaturę 800 K, ustalił się stan równowagi opisanej
reakcji.
Na podstawie: W. Mizerski, Tablice chemiczne, Warszawa 1997, s. 144.
Oblicz, jaki procent początkowej liczby cząsteczek CO2 i H2 uległ przekształceniu w CO
i H2O.
Reakcja tlenku węgla(IV) z wodorem w fazie gazowej przebiega zgodnie z równaniem:
H2 (g) + CO2 (g) ⇄ CO (g) + H2O (g)
Do zamkniętego reaktora o objętości 2 dm3, w którym utrzymywano stałą temperaturę,
wprowadzono 6 moli H2 i 4 mole CO2. Stan równowagi ustalił się, gdy powstało po 2 mole
produktów.
Oblicz stężenia wodoru i tlenku węgla(IV) po ustaleniu się stanu równowagi oraz
stężeniową stałą równowagi tej reakcji w temperaturze, która panowała w reaktorze.
Reakcja syntezy amoniaku przebiega zgodnie z równaniem:
N2 (g) + 3H2 (g) ⇄ 2NH3 (g) Δ H = –92,4 kJ
Na położenie stanu równowagi tej reakcji wpływ mają temperatura i ciśnienie.
W poniższej tabeli przedstawiono równowagowe zawartości amoniaku (w procentach
objętościowych) w stechiometrycznej mieszaninie azotu i wodoru pod różnym ciśnieniem
i w różnych temperaturach.
Temperatura, °C
Ciśnienie, MPa
0,1
3
10
20
100
200
15,2
67,6
80,6
85,8
98,3
300
2,18
31,8
52,1
62,8
92,6
400
0,44
10,7
25,1
36,3
79,8
500
0,129
3,62
10,4
17,6
57,5
600
0,049
1,43
4,47
8,25
31,4
700
0,0223
0,66
2,14
4,11
12,9
900
0,000212
0,0044
0,13
0,44
0,87
Na podstawie: A. Bielański, Podstawy chemii nieorganicznej, Warszawa 2004, s. 649.
Zależność wiążąca wszystkie parametry określające stan gazowy materii, czyli podająca
zależność pomiędzy ciśnieniem (p), objętością (V), temperaturą (T) oraz liczbą moli gazu (n)
zwana jest równaniem stanu gazu doskonałego lub równaniem Clapeyrona. Równanie ma postać:
p · V = n · R · T
R oznacza uniwersalną stałą gazową. Wartość R odczytaną z zestawu Wybranych wzorów
i stałych fizykochemicznych na egzamin maturalny z biologii, chemii i fizyki można używać
w równaniu Clapeyrona, jeżeli p wyrażone jest w paskalach, V w metrach sześciennych,
n w molach i T w kelwinach.
Oblicz, ile moli amoniaku znajduje się w 2 m3 mieszaniny reakcyjnej w temperaturze
300°C i pod ciśnieniem 10 MPa (107 Pa) po ustaleniu stanu równowagi.
Reakcja syntezy amoniaku przebiega zgodnie z równaniem:
N2 (g) + 3H2 (g) ⇄ 2NH3 (g) Δ H = –92,4 kJ
Na położenie stanu równowagi tej reakcji wpływ mają temperatura i ciśnienie.
W poniższej tabeli przedstawiono równowagowe zawartości amoniaku (w procentach
objętościowych) w stechiometrycznej mieszaninie azotu i wodoru pod różnym ciśnieniem
i w różnych temperaturach.
Temperatura, °C
Ciśnienie, MPa
0,1
3
10
20
100
200
15,2
67,6
80,6
85,8
98,3
300
2,18
31,8
52,1
62,8
92,6
400
0,44
10,7
25,1
36,3
79,8
500
0,129
3,62
10,4
17,6
57,5
600
0,049
1,43
4,47
8,25
31,4
700
0,0223
0,66
2,14
4,11
12,9
900
0,000212
0,0044
0,13
0,44
0,87
Na podstawie: A. Bielański, Podstawy chemii nieorganicznej, Warszawa 2004, s. 649.
a)
Dokonaj analizy danych zawartych w tabeli i uzupełnij poniższe zdanie. Podkreśl właściwe określenie w każdym nawiasie.
Po ustaleniu się stanu równowagi ilość amoniaku w układzie jest tym większa,
im (niższa/wyższa) jest temperatura oraz im (niższe/wyższe) jest ciśnienie.
b)
Uzasadnij na podstawie reguły przekory Le Chateliera zmianę zawartości amoniaku w stechiometrycznej mieszaninie azotu i wodoru w zależności od ciśnienia i temperatury.
Reakcja syntezy amoniaku przebiega zgodnie z równaniem:
N2 (g) + 3H2 (g) ⇄ 2NH3 (g) Δ H = –92,4 kJ
Na podstawie: A. Bielański, Podstawy chemii nieorganicznej, Warszawa 2004, s. 648.
Początkowe stężenia substratów reakcji były równe
cN2 = 2 mol · dm−3 , cH2 = 6 mol · dm−3 i przebiegała ona w reaktorze o objętości 1 dm3 w stałej temperaturze T.
Oblicz stężenia H2, N2 i NH3 po osiągnięciu stanu równowagi w temperaturze T, jeżeli
ustalił się on po przereagowaniu 30% początkowej ilości wodoru.
Reakcja tlenku węgla(II) z parą wodną przebiega zgodnie z równaniem:
CO (g) + H2O (g) ⇄ H2 (g) + CO2 (g)
W temperaturze 800 K stężeniowa stała równowagi tej reakcji jest równa 4,0.
Na podstawie: K. Schmidt-Szałowski, M. Szafran, E. Bobryk, J. Sentek, Technologia chemiczna.
Przemysł nieorganiczny, Warszawa 2013.
W zamkniętym reaktorze o stałej pojemności zmieszano 1 mol tlenku węgla(II) z parą wodną
w ilości trzykrotnie większej od ilości stechiometrycznej. Mieszaninę utrzymywano
w temperaturze 800 K aż do osiągnięcia stanu równowagi dynamicznej przez układ.
Oblicz liczbę moli każdej substancji znajdującej się w reaktorze po ustaleniu się stanu
równowagi opisanej reakcji.
