Kimyəvi tarazlıq

Ev tapşırıqları 4 Həllər mövcuddur

Aşağıdakı qiymətdən istifadə edin:

$$R=8.314\ \mathrm{J\,mol^{-1}K^{-1}}$$

Başqa cür göstərilmədiyi halda, təzyiqlər bar ilə verilir.

Məsələ 1 · Tarazlıq sabitləri

Məsələ 1Orta

Aşağıdakı tarazlıqların hər biri üçün tarazlıq sabitinin ifadəsini yazın. Əgər hər hansı maddə ifadəyə daxil edilmirsə, bunun səbəbini qısa şəkildə izah edin.

a)

$$2CO(g)+O_2(g)\rightleftharpoons2CO_2(g)$$

b)

$$C(s)+O_2(g)\rightleftharpoons CO_2(g)$$

c)

$$2NH_3(g)\rightleftharpoons N_2(g)+3H_2(g)$$

d)

$$2C(s)+O_2(g)\rightleftharpoons2CO(g)$$

Həlli göstərHəlli gizlət

a)

$$K_p=\frac{P_{CO_2}^2}{P_{CO}^2P_{O_2}}$$

b)

$$K_p=\frac{P_{CO_2}}{P_{O_2}}$$

Təmiz bərk karbon tarazlıq sabitinin ifadəsinə daxil edilmir.

c)

$$K_p=\frac{P_{N_2}P_{H_2}^3}{P_{NH_3}^2}$$

d)

$$K_p=\frac{P_{CO}^2}{P_{O_2}}$$

Burada da saf bərk karbon ifadəyə daxil edilmir.

Məsələ 2 · Tarazlıq sabitlərinin çevrilməsi

Məsələ 2Orta

Müəyyən temperaturda

$$N_2(g)+3H_2(g)\rightleftharpoons2NH_3(g)$$

reaksiyası üçün

$$K_p=36.0$$

olduğu məlumdur.

Termodinamik məlumatlardan istifadə etmədən aşağıdakı reaksiyaların hər biri üçün tarazlıq sabitini müəyyən edin.

a)

$$2NH_3(g)\rightleftharpoons N_2(g)+3H_2(g)$$

b)

$$\frac{1}{2}N_2(g)+\frac{3}{2}H_2(g)\rightleftharpoons NH_3(g)$$

c)

$$NH_3(g)\rightleftharpoons\frac{1}{2}N_2(g)+\frac{3}{2}H_2(g)$$

Hər bənd üçün ilkin reaksiya üzərində hansı çevrilmənin aparıldığını göstərin.

Həlli göstərHəlli gizlət

İlkin reaksiya üçün

$$K_p=36.0$$

a) Reaksiya əks istiqamətdə yazılıb. Buna görə

$$K_p=\frac{1}{36.0}$$ $$K_p=2.78\times10^{-2}$$

b) Bütün stexiometrik əmsallar 2-yə bölünüb. Buna görə

$$K_p=(36.0)^{1/2}$$ $$K_p=6.00$$

c) (b) bəndindəki reaksiya əks istiqamətdə yazılıb. Buna görə

$$K_p=\frac{1}{6.00}$$ $$K_p=0.167$$

Məsələ 3 · Tarazlıq tərkibi

Məsələ 3Çətin

Sabit həcmli qabda başlanğıcda yalnız ammonyak qazı vardır və onun təzyiqi

$$6.00\ \mathrm{bar}$$

təşkil edir.

Sabit temperaturda aşağıdakı tarazlıq yaranır:

$$2NH_3(g)\rightleftharpoons N_2(g)+3H_2(g)$$

Tarazlıq yarandıqda ümumi təzyiq

$$8.00\ \mathrm{bar}$$

olur.

Hesablayın:

a) hər qazın tarazlıqdakı parsial təzyiqini;

b) reaksiyanın tarazlıq sabitini.

Həlli göstərHəlli gizlət

Azotun əmələ gəlməsinə uyğun təzyiq artımını

$$x$$

ilə işarə edək.

Onda

$$P_{NH_3}=6.00-2x$$ $$P_{N_2}=x$$ $$P_{H_2}=3x$$

Tarazlıqda ümumi təzyiq

$$P_{\mathrm{total}}=8.00\ \mathrm{bar}$$

olduğuna görə

$$(6.00-2x)+x+3x=8.00$$ $$6.00+2x=8.00$$ $$x=1.00$$

Beləliklə,

$$P_{NH_3}=4.00\ \mathrm{bar}$$ $$P_{N_2}=1.00\ \mathrm{bar}$$ $$P_{H_2}=3.00\ \mathrm{bar}$$

Reaksiya üçün

$$K_p=\frac{P_{N_2}P_{H_2}^3}{P_{NH_3}^2}$$

olur.

Tarazlıq təzyiqlərini yerinə yazsaq,

$$K_p= \frac{(1.00)(3.00)^3}{(4.00)^2}$$

alınır.

Nəticə:

$$\boxed{K_p=1.69}$$

Məsələ 4 · Tarazlıq tərkibi

Məsələ 4Çətin

Müəyyən temperaturda

$$2CO(g)+O_2(g)\rightleftharpoons2CO_2(g)$$

reaksiyası üçün

$$K_p=4.00$$

olduğu məlumdur.

Başlanğıcda

$$P_{CO}=3.00\ \mathrm{bar}$$ $$P_{O_2}=2.00\ \mathrm{bar}$$ $$P_{CO_2}=0$$

olur.

Sistem eyni temperaturda tarazlığa çatdırılır.

Tapın:

a) hər qazın tarazlıqdakı parsial təzyiqini;

b) tarazlıqdakı ümumi təzyiqi.

Həllə başlamazdan əvvəl başlanğıc–dəyişmə–tarazlıq münasibətlərini qurun.

Həlli göstərHəlli gizlət

Reaksiyanın gedişinə uyğun təzyiq dəyişməsini

$$x$$

ilə işarə edək.

Tarazlıqdakı təzyiqlər

$$P_{CO}=3.00-2x$$ $$P_{O_2}=2.00-x$$ $$P_{CO_2}=2x$$

olar.

Tarazlıq sabitinin ifadəsi

$$K_p= \frac{P_{CO_2}^2}{P_{CO}^2P_{O_2}}$$

şəklindədir.

Qiymətləri yerinə yazaq:

$$4.00= \frac{(2x)^2} {(3.00-2x)^2(2.00-x)}$$

Fiziki məna daşıyan həll

$$x=1.00$$

olur.

Buna görə

$$P_{CO}=1.00\ \mathrm{bar}$$ $$P_{O_2}=1.00\ \mathrm{bar}$$ $$P_{CO_2}=2.00\ \mathrm{bar}$$

Ümumi təzyiq

$$P_{\mathrm{total}} = 1.00+1.00+2.00$$

olduğuna görə

$$\boxed{P_{\mathrm{total}}=4.00\ \mathrm{bar}}$$

Məsələ 5 · Tarazlıq reaksiyalarının birləşdirilməsi

Məsələ 5Orta

Eyni temperaturda aşağıdakı tarazlıq sabitləri məlumdur:

$$2C(s)+O_2(g)\rightleftharpoons2CO(g)$$ $$K_{p,1}=5.00$$

və

$$2CO(g)+O_2(g)\rightleftharpoons2CO_2(g)$$ $$K_{p,2}=20.0$$

Yalnız bu iki reaksiyadan istifadə edərək aşağıdakı reaksiya üçün tarazlıq sabitini müəyyən edin:

$$C(s)+O_2(g)\rightleftharpoons CO_2(g)$$

Verilmiş reaksiyaların necə birləşdirildiyini göstərin.

Həlli göstərHəlli gizlət

Verilmiş iki reaksiyanı toplayaq:

$$2C(s)+O_2(g)\rightleftharpoons2CO(g)$$ $$2CO(g)+O_2(g)\rightleftharpoons2CO_2(g)$$

Karbon monoksid ixtisar olunduqdan sonra

$$2C(s)+2O_2(g)\rightleftharpoons2CO_2(g)$$

alınır.

Reaksiyalar toplandıqda onların tarazlıq sabitləri vurulur:

$$K_p=K_{p,1}K_{p,2}$$ $$K_p=(5.00)(20.0)$$ $$K_p=100$$

İndi reaksiyanın bütün əmsallarını 2-yə bölək:

$$C(s)+O_2(g)\rightleftharpoons CO_2(g)$$

Bütün əmsallar 2-yə bölündüyünə görə yeni tarazlıq sabiti əvvəlki sabitin kvadrat kökünə bərabərdir:

$$K_p=(100)^{1/2}$$

Beləliklə,

$$\boxed{K_p=10.0}$$

Məsələ 6 · Termodinamika və tarazlıq

Məsələ 6Orta

Aşağıdakı reaksiya üçün

$$3O_2(g)\rightleftharpoons2O_3(g)$$

temperatur

$$T=298\ \mathrm{K}$$

olduqda termodinamik kəmiyyətlər

$$\Delta H^\circ=+285.0\ \mathrm{kJ\,mol^{-1}}$$

və

$$\Delta S^\circ=-138.0\ \mathrm{J\,mol^{-1}K^{-1}}$$

şəklindədir.

Hesablayın:

a) bu temperaturda standart Gibbs enerji dəyişməsini;

b) bu temperaturda tarazlıq sabitini;

c) tarazlıq sabitinin qiymətinə əsasən standart hal şəraitində tarazlığın hansı tərəfinin güclü şəkildə üstün olduğunu müəyyən edin.

Həlli göstərHəlli gizlət

Aşağıdakı ifadədən istifadə edirik:

$$\Delta G^\circ=\Delta H^\circ-T\Delta S^\circ$$

Əvvəlcə entalpiya dəyişməsini coul vahidinə çevirək:

$$\Delta H^\circ=285000\ \mathrm{J\,mol^{-1}}$$

Sonra

$$\Delta G^\circ = 285000-(298)(-138)$$ $$\Delta G^\circ = 326124\ \mathrm{J\,mol^{-1}}$$

alınır.

Beləliklə,

$$\boxed{\Delta G^\circ\approx326.1\ \mathrm{kJ\,mol^{-1}}}$$

İndi

$$\Delta G^\circ=-RT\ln K_p$$

ifadəsindən istifadə edirik.

Buradan

$$\ln K_p= -\frac{\Delta G^\circ}{RT}$$

və

$$\ln K_p= -\frac{326124}{(8.314)(298)}$$

alınır.

Təxminən

$$\ln K_p=-131.6$$

olduğuna görə

$$\boxed{K_p\approx6.8\times10^{-58}}$$

alınır.

Çünki

$$K_p\ll1$$

tarazlıq standart hal şəraitində güclü şəkildə reagentlər tərəfinə sürüşmüşdür.

Məsələ 7 · Termodinamika və tarazlıq

Məsələ 7Çətin

Aşağıdakı reaksiya üçün

$$H_2(g)+Cl_2(g)\rightleftharpoons2HCl(g)$$

temperatur

$$298\ \mathrm{K}$$

olduqda standart Gibbs enerji dəyişməsi

$$\Delta G^\circ=-5.71\ \mathrm{kJ\,mol^{-1}}$$

təşkil edir.

Sabit həcmli qabda başlanğıcda

$$P_{H_2}=1.00\ \mathrm{bar}$$ $$P_{Cl_2}=1.00\ \mathrm{bar}$$ $$P_{HCl}=0$$

olur.

Hesablayın:

a) bu temperaturda tarazlıq sabitini;

b) hər qazın tarazlıqdakı parsial təzyiqini;

c) başlanğıcdakı hidrogenin neçə faizinin reaksiyaya girdiyini.

Həlli göstərHəlli gizlət

Aşağıdakı ifadədən istifadə edirik:

$$\Delta G^\circ=-RT\ln K_p$$

Buradan

$$\ln K_p= -\frac{\Delta G^\circ}{RT}$$

alınır.

Qiymətləri yerinə yazaq:

$$\ln K_p= -\frac{-5710}{(8.314)(298)}$$ $$\ln K_p\approx2.30$$

Buna görə

$$K_p\approx10.0$$

Hidrogen və xlor qazlarının reaksiyaya daxil olan təzyiq miqdarını

$$x$$

ilə işarə edək.

Tarazlıqda

$$P_{H_2}=1.00-x$$ $$P_{Cl_2}=1.00-x$$ $$P_{HCl}=2x$$

olur.

Tarazlıq sabitinin ifadəsi

$$K_p= \frac{P_{HCl}^2}{P_{H_2}P_{Cl_2}}$$

şəklindədir.

Buna görə

$$10.0= \frac{(2x)^2}{(1.00-x)^2}$$

Müsbət kvadrat kökü götürsək,

$$\sqrt{10.0} = \frac{2x}{1.00-x}$$

alınır.

Tənliyi həll etdikdə

$$x\approx0.613$$

alınır.

Beləliklə,

$$P_{H_2}=0.387\ \mathrm{bar}$$ $$P_{Cl_2}=0.387\ \mathrm{bar}$$ $$P_{HCl}=1.23\ \mathrm{bar}$$

Başlanğıcdakı hidrogenin reaksiyaya daxil olan hissəsi

$$\frac{0.613}{1.00}=0.613$$

olur.

Deməli, başlanğıcdakı hidrogenin

$$\boxed{61.3\%}$$

-i reaksiyaya daxil olur.

Məsələ 8 · Tarazlıq reaksiyalarının birləşdirilməsi

Məsələ 8Çətin

Eyni temperaturda

$$C(s)+O_2(g)\rightleftharpoons CO_2(g)$$

reaksiyası üçün

$$K_{p,1}=10.0$$

və

$$2CO(g)+O_2(g)\rightleftharpoons2CO_2(g)$$

reaksiyası üçün

$$K_{p,2}=20.0$$

olduğu məlumdur.

Aşağıdakı reaksiya üçün tarazlıq sabitini müəyyən edin:

$$2C(s)+O_2(g)\rightleftharpoons2CO(g)$$

Son reaksiya verilmiş iki reaksiyadan cəbri şəkildə alınmalıdır. Sadəcə tarazlıq sabitinin ifadəsini yazmaq kifayət deyil.

Həlli göstərHəlli gizlət

Əvvəlcə birinci reaksiyanı 2-yə vururuq:

$$2C(s)+2O_2(g)\rightleftharpoons2CO_2(g)$$

Bu halda tarazlıq sabiti

$$K_p=(K_{p,1})^2$$

olur.

Deməli,

$$K_p=(10.0)^2$$

İndi ikinci reaksiyanı əks istiqamətdə yazaq:

$$2CO_2(g)\rightleftharpoons2CO(g)+O_2(g)$$

Bu reaksiyanın tarazlıq sabiti

$$K_p=\frac{1}{K_{p,2}}$$

olur.

Dəyişdirilmiş iki reaksiyanı topladıqda

$$2C(s)+O_2(g)\rightleftharpoons2CO(g)$$

alınır.

Buna görə ümumi tarazlıq sabiti

$$K_p= \frac{(K_{p,1})^2}{K_{p,2}}$$

olur.

Qiymətləri yerinə yazaq:

$$K_p= \frac{(10.0)^2}{20.0}$$

Beləliklə,

$$\boxed{K_p=5.00}$$