Soluzioni capitolo 16 - Zanichelli online per la scuola

SUL LIBRO DA PAG 325 A PAG 328
ESERCIZI
Capitolo
Capitolo 16 L’equilibrio
2 Le trasformazioni
fisiche dellachimico
materia
Quesiti e problemi
1 L’equilibrio dinamico
1 Dai una definizione di equilibrio dinamico.
2 Che cosa accade a livello microscopico una volta
raggiunto l’equilibrio?
3 Descrivi l’equilibrio coinvolto nel passaggio di stato da H2O(l) a H2O(g).
3 La costante di equilibrio
8 Che cosa è la Kp? Rispondi in cinque righe.
9 A 1000 K la reazione N2 3H2 i 2NH3 ha costante d’equilibrio Keq 0,0024.
La reazione è più spostata a destra o a sinistra?
a sinistra
La miscela è all’equilibrio chimico?
10 Scrivi le equazioni per la costante d’equilibrio delle seguenti reazioni.
4 Prova a descrivere le condizioni che caratterizzano
il raggiungimento dell’equilibrio nei seguenti casi.
a) La finestra e la porta di un locale vengono aperte e, dopo un po’ di tempo, l’aria è cambiata.
b) Viene versato del caffè in una tazza di latte e si
ottiene del caffelatte.
a) 4NH3(g) 3O2(g) i 2N2(g) 6H2O(g)
5 Lo iodio è un solido nero-bluastro che con un moderato riscaldamento sublima in un gas di colore
violetto. In un pallone di vetro si inseriscono alcuni
cristalli di I2(s). Il pallone viene poi chiuso e sottoposto a un blando riscaldamento.
Keq =
b) CH4(g) 4F2(g) i CF4(g) 4HF(g)
Keq =
11 Quale tra le reazioni che seguono è più spostata a
destra?
a)
6 Individua l’unica affermazione corretta.
a) L’equilibrio chimico è uno stato che si raggiunge quando in una reazione si esaurisce uno dei
reagenti.
b) L’equilibrio chimico si raggiunge quando la velocità di trasformazione dei reagenti nei prodotti si annulla.
c) L’equilibrio chimico è una condizione in cui
non avviene alcuna trasformazione a livello
microscopico.
d)
L’equilibrio chimico è una situazione in cui la
velocità di trasformazione dei reagenti nei
prodotti e la velocità della trasformazione inversa si uguagliano.
7 In che modo la costante di equilibrio permette di
descrivere il comportamento della reazione?
Rispondi in cinque righe.
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HI(aq) i H(aq) I(aq)
Keq 1010
b) HF(aq) i H(aq) F(aq)
Keq 6,3 104
Quali sono le grandezze macroscopiche osservabili che non subiscono variazioni nel tempo una
volta che il sistema ha raggiunto l’equilibrio?
(Ammetti che la temperatura sia mantenuta costante). Quali sono le trasformazioni che invece
avvengono a livello macroscopico? Che cosa si
può osservare aumentando la temperatura?
[CF4] [HF]4
[CH4] [F2]4
2 L’equilibrio chimico: anche i prodotti
reagiscono
[N2]2 [H2O]6
[NH3]4 [O2]3
c) H2S(aq) i HS(aq) H(aq)
Keq 107
d) [Fe(H2O)6]3(aq) i
i [Fe(H2O)5 (OH)]2(aq) H(aq)
Keq 103
12 Vero o falso?
a) L’equilibrio chimico può essere
raggiunto solo in un sistema chiuso
in cui la pressione e la temperatura
sono mantenute costanti.
b) All’equilibrio la velocità di reazione
netta è zero e non variano più
le concentrazioni.
c) All’equilibrio le velocità di reazione diretta e inversa diventano uguali a zero.
d) Per ogni reazione chimica, a una data
temperatura, esiste un unico stato
di equilibrio.
vf
vf
v
f
v
f
13 A quale temperatura la reazione
H2(g) I2(g) i 2HI(g) è più completa?
a)
a 298 K; Keq 794
b) a 500 K; Keq 160
c) a 700 K; Keq 54
d) a 763 K; Keq 46
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1
Capitolo
ESERCIZI
2
16LeL’equilibrio
trasformazioni
chimico
fisiche della materia
14 Quale effetto ha un aumento di temperatura sul
valore della Keq?
a) la Keq diminuisce
b) la Keq aumenta
c) la Keq resta invariata
d)
dipende se la reazione è esotermica o endotermica
20 Scrivi l’espressione di Keq per la seguente reazione:
SO2Cl2(g) i SO2(g) Cl2(g)
Calcola il valore di Keq sapendo che, all’equilibrio, la concentrazione dei gas è:
[SO2Cl2] 1,47 101 M
[SO2] 2,17 101 M
[Cl2] 1,30 101 M
15 Scrivi la reazione corrispondente all’equazione:
[H2]3 [C2H2]
Keq [CH4]2
16 Alla temperatura di 727 °C la seguente reazione
2SO2(g) O2(g) i 2SO3(g)
raggiunge l’equilibrio e presenta le seguenti concentrazioni:
[SO3] 0,0100 M
[O2] 0,0050 M
[SO2] 0,0033 M
Calcola il valore di Keq a quella temperatura.
1,8 103 M–1
17 Calcola il valore della costante d’equilibrio a 150 °C
per la reazione PCl5(g) i PCl3(g) Cl2(g) sapendo
che, a 150 °C, le concentrazioni all’equilibrio sono:
[PCl5] 2,4 105 M
[PCl3] 6,7 104 M
[Cl2] 1,79 103 M
5,0 10–2
18 Per la reazione H2(g) I2(g) → 2HI(g) a 460 °C hai
le seguenti concentrazioni:
[H2] 6,47 103 M
[I2] 0,594 103 M
[HI] 13,7 103 M
Calcola il valore della costante d’equilibrio.
0,488
19 La seguente reazione, utilizzata per la preparazione industriale di H2, raggiunge l’equilibrio a
500 °C:
CO(g) H2O(g) O CO2(g) H2(g)
All’equilibrio le concentrazioni sono:
[CO] 0,180 M
[H2O] 0,0411 M
[CO2] 0,150 M
[H2] 0,200 M
Calcola il valore della costante di equilibrio alla temperatura indicata.
4,05
2
[Cl2] [SO2] 1,30 10–1 2,17 10–1
=
= 1,92 10–1
1,47 10–1
[SO2Cl2]
21 Scrivi l’espressione di Keq per la seguente reazione:
2NOBr(g) i 2NO(g) Br2(g)
Calcola il valore di Keq sapendo che, all’equilibrio, la concentrazione dei gas è:
[NOBr] 1,64 101 M
[NO] 1,36 101 M
1
[Br2] 2,45 10 M
2CH4(g) i 3H2(g) + C2H2(g)
Keq =
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Keq =
[Br2] [NO]2 2,45 10–1 (1,36 10–1)2
=
= 1,68 10–1
[NOBr]2
(1,64 10–1)2
22 Come varia il valore di Keq in funzione della temperatura? Rispondi in cinque righe.
23 Per la reazione di dissociazione dello iodio molecolare (I2(g) i 2I(g)) si registrano a diverse temperature i seguenti valori di Keq e Kp:
Temperatura (K)
Keq
Kp
800
3,1 105
2,1 103
1000
3,1 103
0,26
1200
2
5,8 10
6,8
Se si è interessati a ottenere iodio atomico, a
quale temperatura conviene operare? T = 1200 K
24 A una certa temperatura, 0,1 mol di H2 e 0,1 mol
di I2 vengono posti in un recipiente da un litro. Dopo un certo tempo viene raggiunto un equilibrio:
H2(g) I2(g) i 2HI(g)
Dalla diminuzione dell’intensità del colore viola
di I2 determini che la concentrazione di I2 all’equilibrio si è ridotta a 0,02 mol/L. Calcola il valore di
Keq per questa reazione a questa temperatura.
Keq = 64
4 Il principio di Le Châtelier
25 Il catalizzatore modifica la costante di equilibrio?
no
26 Se nella seguente reazione
N2(g) O2(g) i 2NO(g) 43,2 kcal
aumenti la pressione, che cosa accade al numero
di moli di NO?
Rimane uguale.
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ESERCIZI
Capitolo
27 Se la pressione totale cresce, in che direzione si
sposta l’equilibrio 2SO3(g) i 2SO2(g) O2(g)?
c)
Si ha un uguale incremento delle reazioni diretta e inversa, ma la posizione dell’equilibrio
resta invariata.
d) La reazione può giungere a completamento,
fino all’esaurimento dei reagenti.
verso sinistra
28 Data la seguente reazione, stabilisci in quale direzione si sposta l’equilibrio, se l’acqua viene allontanata a mano a mano che si forma:
4NH3(g) 3O2(g) i 2N2(g) 6H2O(g)
verso destra
29 La seguente reazione:
2CH4(g) i C2H6 (g) H2(g) ha una Keq = 9,5 1013.
Questa reazione è favorita da un aumento della pressione? Perché?
No; la reazione non comporta variazione
nel numero di moli di sostanze gassose.
30 Se in un sistema all’equilibrio si aggiunge un catalizzatore, il valore della costante di equilibrio
a) diminuisce
b) aumenta
c) tende a zero
d)
resta lo stesso
35 Considera la reazione:
H2(g) I2(g) i 2HI(g)
Mantenendo costante la temperatura e raddoppiando la pressione sul sistema all’equilibrio
a) varia la costante di equilibrio
b) aumenta la quantità di HI
c) aumenta la quantità di H2 e di I2
d)
non si verifica nessun cambiamento nelle
quantità dei tre gas
36 A un sistema all’equilibrio si aggiunge un prodotto raddoppiandone la concentrazione.
Che cosa accadrà alla velocità delle reazioni
diretta e inversa?
Perché il sistema raggiungerà un nuovo stato
di equilibrio?
L’aggiunta di prodotto sposta l’equilibrio
verso sinistra perché la Keq è la stessa e la relazione
[p]
deve essere mantenuta.
Keq =
[r]
Le velocità delle reazioni diretta e inversa
cambiano fino a raggiungimento del nuovo equilibrio,
quando saranno nuovamente uguali.
r I p; nuovo equilibrio r I p.
31 Quale fattore può comportare lo spostamento del
l’equilibrio a destra o a sinistra di una reazione?
a) la pressione per le reazioni in fase gassosa
b) la temperatura
c) la concentrazione
d)
tutte le precedenti risposte sono corrette
32 Quale effetto ha l’aumento di temperatura in una
reazione esotermica?
a) l’equilibrio si sposta verso destra
b) non ha nessun effetto
c) l’equilibrio si sposta verso sinistra
d) aumenta la concentrazione dei prodotti
33 Quali sono gli effetti di una diminuzione del volume su una reazione in fase gassosa all’equilibrio?
a) l’equilibrio si sposta verso la formazione delle
sostanze che occupano il volume maggiore
b) l’equilibrio si sposta sempre verso sinistra
c) l’equilibrio si sposta verso le sostanze che presentano il maggior numero di moli
l’equilibrio si sposta verso la formazione delle
d)
sostanze che occupano il volume minore
34 A una miscela che ha già raggiunto l’equilibrio
aggiungi un catalizzatore adatto. Quale descrizione è adeguata alla situazione che ottieni?
a) Non si avranno variazioni né a livello macroscopico né a livello microscopico poiché il sistema aveva già raggiunto l’equilibrio.
b) Si ha un’accelerazione della reazione diretta e
l’equilibrio si bilancia più verso i prodotti.
37 Nel sistema all’equilibrio A B i AB calore,
elenca tre metodi che consentano di far aumentare la concentrazione di AB.
38 La seguente reazione:
calore CO(g) H2O(g) i CO2(g) H2(g)
è all’equilibrio.
Q + CO(g) + H2O(g) I CO2(g) + H2(g)
In quale direzione viene spostata la posizione
dell’equilibrio dai seguenti cambiamenti?
a) aggiunta di CO
spostamento a destra per aggiunta di CO
b) aggiunta di H2
spostamento a sinistra per aggiunta di H2
c) rimozione di H2O
spostamento a sinistra per rimozione di H2O
d) aumento della temperatura
spostamento a destra per aumento di T (endotermico)
e) aggiunta di catalizzatore
nessuno spostamento per effetto del catalizzatore
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Capitolo 16 L’equilibrio
2 Le trasformazioni
fisiche dellachimico
materia
39 Per la seguente reazione endotermica
(ΔH = 565 kJ):
CO2(g) C(s) i 2CO(g)
la costante d’equilibrio è 1,6 a 1000 °C.
Alla temperatura di 850 °C la costante d’equilibrio Keq è maggiore o minore di 1,6?
minore
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3
Capitolo
ESERCIZI
2
16LeL’equilibrio
trasformazioni
chimico
fisiche della materia
c) Ca3(PO4)2
d) MgNH4PO4
5 L’equilibrio di solubilità
40 Una soluzione satura di cromato d’argento,
Ag2CrO4, si dissocia secondo l’equazione:
Ag2CrO4(s) i 2Ag(aq) CrO42(aq)
In quale direzione si sposta l’equilibrio, se aggiungiamo Ag2CrO4 solido?
da nessuna parte
41 Che cosa si intende per prodotto di solubilità?
a) È la costante di equilibrio di una soluzione sa
tura di un solido ionico poco solubile.
b) È la costante di equilibrio di una reazione in
fase gassosa.
c) È il rapporto fra le concentrazioni dei composti allo stato solido e di quelli in soluzione.
d) Tutte le precedenti risposte sono corrette.
42 Scrivi l’espressione del prodotto di solubilità per i
seguenti composti.
a) Ca(OH)2
Kps = [Ca2+] [OH–]2
b) BaCO3
Kps = [Ba2+] [CO2–
3]
Kps = [Ca2+]3 [PO34–]2
Kps = [Mg2+] [NH4+] [PO34–]
43 La solubilità dell’ossigeno nell’acqua diminuisce
con l’aumentare della temperatura.
Il processo di solubilizzazione dell’ossigeno è
endotermico o esotermico?
esotermico
44 In una soluzione satura di Ag2SO4 si è stabilito il
seguente equilibrio:
Ag2SO4(s) i 2Ag(aq) SO42(aq)
Se elimini il corpo di fondo mediante filtrazione, avrai ancora uno stato di equilibrio?
sì
45 Come si applica il principio dell’equilibrio mobile
agli equilibri di solubilità?
46 Che cosa accade se a una soluzione satura di CaS,
in presenza del corpo di fondo, aggiungi un sale
solubile di calcio?
L’equilibrio si sposta verso sinistra
e precipita altro CaS.
Review
1 Considera la seguente reazione:
CO(g) 3H2(g) O CH4(g) H2O(g)
All’equilibrio e a una data temperatura, le concentrazioni dei gas sono le seguenti:
[CO] 0,50 M
[H2] 0,26 M
[CH4] 0,15 M
[H2O] 0,23 M
Calcola il valore della costante di equilibrio a
quella temperatura.
3,93
2
For a certain reaction A O B, Keq 1,2. Does
the reaction probably favor formation of reactants
or formation of products?
Nessuno dei due è favorito.
3 Se fai gorgogliare HCl gassoso in una soluzione
satura di NaCl noti la formazione di un precipitato di NaCl.
Come puoi interpretare il fenomeno?
4 All’equilibrio, per la seguente reazione:
2NH3(g) O 3H2(g) N2(g)
Keq 128,56.
Determina la concentrazione all’equilibrio
dell’ammoniaca sapendo che la concentrazione
dell’azoto è 0,19 M e quella dell’idrogeno è 0,56 M.
0,016 M
4
5 Per prevenire la carie dentaria l’acqua potabile è
addizionata di fluoro (come ione fluoruro) in concentrazione pari a circa 5 105 M. La concentrazione di ioni calcio nell’acqua è circa 2 104 M.
Vi è la possibilità che CaF2 (Kps 4 1011)
precipiti rendendo vano il trattamento?
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No, CaF2 non precipita.
6 Il valore della Keq della reazione N2(g) 3H2(g) i
i 2NH3(g) a 500 K vale 60,7. Una miscela presenta le seguenti concentrazioni molari a 500 K:
[N2] 0,0022 M, [H2] 0,001 24 M e [NH3] 0,0112 M. Si tratta di una miscela all’equilibrio?
Se la risposta è negativa sai dire se è presente un
eccesso di prodotti o di reagenti? Per raggiungere
l’equilibrio si formerà altra ammoniaca o l’ammoniaca presente in eccesso darà origine ad azoto e
ossigeno?
No, è presente un eccesso di ammoniaca;
la reazione va verso i reagenti.
7
Determine the equilibrium concentrations of
H3O and HCO
3 in a solution of carbonic acid at
25 °C in which [H2CO3] 0,027 M, Keq 4,3 . 107
and H2CO3(aq) H2O(l) O H3O(aq) HCO
3 (aq).
[H3O+] = [HCO3– ] = 1,08 10–4 M
[H2CO3] = 0,027 M
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ESERCIZI
Capitolo
8 Calcola il numero di moli di carbonato di bario,
BaCO3, disciolte in un litro di soluzione satura sapendo che Kps 1,7 109. Determina poi la solubilità del carbonato in g/L.
INVESTIGARE INSIEME
4,1 10–5 M; 8,1 10–3 g/L
9 Il processo industriale per la sintesi dell’ammoniaca (NH3) a partire da N2 e H2 si svolge a temperature comprese tra 300 °C e 550 °C e a pressioni
che possono andare da 100 a 250 atm.
Scrivi la reazione bilanciata e l’espressione per
Kc e Kp.
N2(g) + 3H2(g) I 2NH3(g)
[NH3]2
Kc =
[N2] [H2]3
2
[pNH3]
Kp =
[pN2] [pH2]3
Il valore del ΔH della reazione è pari a
–92,22 kJ/mol. La reazione sarà favorita ad alta o
a bassa temperatura?
H = –92,22 kJ/mol, la reazione è esotermica
quindi è favorita a basse temperature
Il processo industriale utilizza un catalizzatore
per aumentare la velocità di reazione; perché non
aumenta la temperatura di reazione?
L’aumento della temperatura non favorisce la reazione.
Se si aumenta la pressione, l’equilibrio si sposta verso i prodotti o verso i reagenti?
Capitolo 16 L’equilibrio
2 Le trasformazioni
fisiche dellachimico
materia
Hai a disposizione una soluzione di FeCl3 0,01 M e
una di KSCN 0,01 M. Mescola insieme ai tuoi compagni 30 mL di ciascuna soluzione in una beuta. Gli
ioni SCN sono di colore rosso. Suddividi il miscuglio colorato in quattro provette (A, B, C, D). In
questa esperienza osserva come agiscono sull’equilibrio i reagenti e i prodotti della reazione:
FeCl3(aq) KSCN(aq) i Fe(SCN)2(aq) K(aq) 3Cl(aq)
La provetta A servirà per il confronto degli spostamenti dell’equilibrio chimico.
Aggiungi alla provetta B una spatolata di
FeCl3 6H2O solido e agita. In che direzione si sposta l’equilibrio chimico?
Aggiungi alla provetta C una spatolata di KSCN
solido. In che direzione si sposta l’equilibrio?
Aggiungi alla provetta D due spatolate di sale da
cucina (NaCl) e agita. In che direzione si sposta
l’equilibrio?
DICTIONARY
to favor: favorire
L’aumento di pressione sposta la reazione verso i prodotti.
10
Calculate the solubility product constant Kps
if the Hg2 concentration in a saturated solution is
1,9 1010 M.
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LE COMPETENZE DEL CHIMICO
19 esercizi riassuntivi (capitoli 15-16)
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