Echilibru chimic. principiul lui le chatelier.

ECHILIBRU CHIMIC. PRINCIPIUL LUI LE CHATELIER.

Principiul lucrarii:

Principiul Le Chatelier: Daca asupra unui sistem aflat in echilibru chimic se exercita o actiune din exterior, echilibrul se deplaseaza in sensul diminuarii sau anularii actiunii exercitate.

Factorii care influenteaza deplasarea echilibrului chimic sunt:

- variatia concentratiei reactantilor sau a produsilor de reactie din amestecul aflat in echilibru; cresterea concentratiei reactantilor deplaseaza echilibrul chimic in directia formarii produsilor de reactie, in timp ce cresterea concentratiei produsilor de reactie deplaseaza echilibrul chimic in directia produsilor initiali.

- variatia temperaturii in functie de caracterul exoterm sau endoterm al celor doua reactii (reactia directa si reactia inversa); cresterea temperaturii va deplasa echilibrul chimic in sensul favorizarii reactiei endoterme (-Q), iar micsorarea temperaturii va deplasa echilibrul chimic in sensul favorizarii  reactiei exoterme (+Q).

- variatia presiunii, in cazul echilibrelor care implica substante gazoase si in care are loc variatia numarului de moli de gaz; cresterea presiunii va deplasa echilibrul chimic in directia in care se afla mai putini moli de gaz, iar micsorarea presiunii deplaseaza echilibrul chimic in directia in care se afla mai multi moli de gaz.

Starea de echilibru se stabileste cand vitezele cu care se desfasoara cele doua reactii opuse si simultane sunt egale.

Pentru reactia chimica reversibila de forma:

Viteza reactiei directe este:

Viteza reactiei inverse este:

la echilibru v₁ = v₂, deci 

rezulta:

unde: k₁ si k₂ reprezinta constanta de viteza pentru reactia molara a reactantului (A_i) si produsului de reactie (A'_i); K_c, constanta de echilibru a reactiei exprimata in unitati de concentratii molare.

Pentru reactiile chimice care decurg in solutii lichide exista urmatoarele relatii de legatura intre valorile constantei de echilibru exprimate prin activitati termodinamice, K, prin numar de moli K_n, prin fractii molare K_x si prin concentratii molare K_c:

K = K_x = K_n∙n^-Dn

S-a notat cu n, numarul total de moli la echilibru, V, volumul total al solutiei, Dn S n'_i - n_i

Scopul lucrarii:

In aceasta lucrare se studiaza influenta concentratiei asupra echilibrului chimic, efectuand urmatoarea reactie, care decurge in solutie:

(6.21)

Aparatura si substante:

Aparatura: pahar Berzelius, eprubete, cilindru gradat, pipete, termometru

Substante: solutii de clorura ferica (FeCl₃), sulfocianura de amoniu (NH₄SCN), clorura de amoniu (NH₄Cl) solida

Modul de lucru:

Intr-un pahar Berzelius se introduc 39 mL apa distilata masurati cu un cilindru gradat, la care se adauga cate 0,5 mL solutie de FeCl₃ si NH₄SCN masurate cu o pipeta gradata; se noteaza temperatura T a solutiei;

Solutia obtinuta se toarna in volume egale (10 mL) in patru eprubete;

Eprubeta 1 se pastreaza ca etalon de comparatie;

In eprubeta 2 se introduc 4-5 picaturi solutie de FeCl₃. Se agita continutul eprubetei si se noteaza observatia referitoare la modificarea intensitatii culorii in comparatie cu eprubeta etalon;

In eprubeta 3 introduc cate 4-5 picaturi solutie NH₄SCN si un varf de spatula NH₄Cl; se procedeaza la fel ca in primul caz, notandu-se variatia de culoare observata;

In eprubeta 4 se introduce un varf de spatula de NH₄Cl si se procedeaza la fel.

Calcule si rezultate:

Tabel 6.1 Prelucrarea rezultatelor

Sa se discute deplasarea echilibrului chimic pentru cele 3 cazuri studiate, conform principiului lui Le Chatelier.

Sa se calculeze compozitia de echilibru, pe baza bilantului material, cunoscand: concentratiile initiale ale reactantilor si stiind ca la echilibru in cei 40 mL solutie (rezultata prin amestecarea reactantilor cu apa) se formeaza 0,0005 mol Fe(SCN)₃.

Se completeaza schema de bilant material:   

Tabel 6.2 Schema de bilant material

Se calculeaza constanta de echilibru K_c :

Se calculeaza entalpia libera de reactie DG cu relatia: DG = - R T ln K

Tema:

In ce sens se deplaseaza echilibrul chimic al reactiei daca:

0,5N₂(g) + 1,5H₂(g)    NH₃(g) +   45,95 KJ

a) creste presiunea totala a echilibrului

b) scade temperatura sistemului

c) creste concentratia N₂

d) creste concentratia NH₃

e) creste concentratia N₂ si NH₃

Se considera reactia in faza gazoasa, la t = 150⁰C:

A₂B₄ 2AB₂

Daca la echilibru s-au gasit 4 molL^-1 AB₂, iar initial s-au luat in lucru 3 molL^-1 A₂B₂, sa se determine:

a) constanta de echilibru Kc;

b) valoarea lui Kp corespunzator; R= 0,082 atmLK^-1

Pentru reactiile

si

Sa se arate:

a) cum influenteaza cresterea concentratiei fiecarui component al reactiei;

b) cum influenteaza cresterea presiunii  echilibrului chimic.

Pentru reactia A + B 2C + D s-a lucrat cu un amestec echimolecular de A si B (2 mol/L din fiecare reactant). Stiind ca se consuma 50% din fiecare reactant, sa se calculeze constantele K_c si K_p, daca la echilibru exista o presiune de 2 atm.

Pentru reactia SO₂ (g) + ½ O₂ (g) SO₃ (g), la temperatura de 500 ^oC, constanta K_p = 85 atm^-1/2. Se cere:

a) scrierea expresiilor lui K_P, K_C si K_x;

b) sa se calculeze K_p in mm Hg;

c) sa se calculeze K_c la 500 ^oC.

In reactia de esterificare catalizata dintre acidul acetic si etanol constanta de echilibru K_c= 4 la t = 25 ^oC.

. Ce cantitati de ester se vor forma in amestecul final daca se porneste de la urmatoarele amestecuri: a) 1 mol acid si 2 moli alcool, b) 1 mol acid, 2 moli de alcool, 2 moli de apa, c) 1 mol acid, 2 moli alcool, 1 mol ester.