Echilibrul Chimic. Principiul Lui Le Châtelier

7/25/2019 Echilibrul Chimic. Principiul Lui Le Chtelier

1/4

Facultatea - Energetica Seriile A si BTitular- Conf. Mindroiu Mihaela

5. Echilibru chimic. Principiul lui Le Chtelier

Principiul lucrrii:

ntr-o reacie chimic reversibil la un moment dat, n condiii determinate de temperatur ipresiune se stabiletestarea de echilibrudinamic, caracterizat printr-o compoziie invariabil n timp.

Reacie chimic reversibil - reacie care poate decurge n ambele sensuri i n cursul creia ntreparticipanii la reacie se poate stabili, n anumite condiii de reacie, un echilibru chimic; exemplu:

N2+ 3H22NH3Starea de echilibru este:

stare stabil i independent de timp a unui sistem; n condiii exterioare constante, (presiune,temperatur) se poate menine timp nelimitat; este mobil i dinamic, adic revine spontan la starea iniial, cnd nceteaz aciunea

perturbatoare; este rezultatul a dou procese care se desfoar cu viteze egale, dar n sensuri opuse aceasta

justificnd caracterul dinamic al strii de echilibru.

Principiul Le Chtelier:Dac asupra unui sistem aflat n echilibru chimic se exercit o aciune din

exterior, echilibrul se deplaseaz n sensul diminurii sau anulrii aciunii exercitate.

Factorii care influeneaz echilibrul chimic:

Concentraia - Modificarea concentraiei unuia din componenii amestecului de reacie, vadetermina desfurarea reaciei chimice n sensul n care se consum substana adugat; Temperatura- Creterea temperaturii unui sistem n echilibru (la p = constant) favorizeaz reaciace consum cldur (endoterm) i defavorizeaz reacia ce se produce cu degajare de cldur (exoterm).Reaciile reversibile, dac sunt endoterme ntr-un sens, sunt exoterme n sensul invers; Presiunea - Este caracteristic reaciilor de echilibru n faz gazoas care se produc cu variaie devolum. Creterea presiunii (la t0 C = constant) determin deplasarea echilibrului n sensul micorrii

volumului gazos, echivalent cu micorarea numrului de moli. pH-ulEste caracteristic reaciilor de echilibru n care se formeaza un acid sau o baz.

Starea de echilibru se stabilete cnd vitezele cu care se desfoar cele dou reacii opuse i

simultane sunt egale.

Pentru reacia:

nAA + nBB

2

1

v

v

nCC + nDD (1)

Viteza reaciei directe este: BA nn

BAkv 11 (2)Viteza reaciei inverse este: DC nn DCkv 22

(3)


2/4


la echilibru: 21 vv cnn

nn

KBA

DC

k

kBA

DC

][][

][][

2

1 (4)

unde: k1reprezint constanta de vitez pentru reacia molar a reactanilor A i B; i k2reprezintconstanta de vitez pentru reacia molar a produilor C i D;

Kc, constanta de echilibru a reacieiexprimat n uniti de concentraii molare.

Legea aciunii maselor.Guldberg i Waage au stabilit n anul 1867c raportul dintre produsul

concentraiilor produilor de reacie la puteri egale cu coeficienii lor stoechimetrici i produsul

concentraiilor reactanilor la puteri numeric egale cu coeficienii lor stoechiometrici este o constant,

numit constant de echilibru, notat Kc.

BA

DC

nn

nn

cBA

DCK

][][

][][

, legea aciunii maselorGuldberg i Waage (5)

Tipuri de Constante de echilibru

cK - constanta de echilibru n funcie de concentraie, descrie n mod preferenial echilibrele chimice

ntre substanele aflate n soluie; nc LmolK ]/[ .

pK - constanta de echilibru n funcie de presiunile pariale, descrie echilibrele ntre partenerii de

reacie gazoi; nP atmK ][ .

BA

DC

n

B

n

A

n

D

n

Cp

pp

ppK

(6)

Kx - constanta de echilibru n funcie de fraciile molare, descrie echilibrele ntre partenerii de reaciegazoi.

b

B

a

A

dD

cC

xxx

xxK

(7)

Kc, KpiKx sunt dependente de temperatur.unde, p, x i c reprezint presiunea parial, fracia molar i concentraia molar a unui component laechilibru.

Folosind relaiile: Pxp ii (8)

TRcp ii (9)

unde, P - presiunea total a amestecului gazos; R =8,314 [J/molK]=1,987 [cal/ molK] i reprezintconstanta general a gazelor; Ttemperatura absolut, [K] .

Se obine relaia ntre cele trei constante de echilibru:

nxn

cp pKRTKK

(10)unde BADC nnnnn variaia numrului de moli (11)

dac, cxp KKKn ,0 .

Entalpia liber(Go) la echilibru se calculeaz cu relaia:Go= - RTln Kc (12)

Dependena constantei de echilibru de temperatur este dat de ecuaia vant Hoff:

2

ln pd K H

dT T

(13)

Integrnd definit ecuaia vant Hoff (13) se obine:


3/4


211

2 11lnTTR

H

K

K

p

p (14)

Deplasarea echilibrului chimic se face n conformitate cu principiul lui Le Chtelier, principiuldiminurii constrngerii. Conform acestui principiu, dac un sistem aflat n echilibru chimic sufer o

constrngere, echilibrul se deplaseaz n sensul diminurii constrngerii.

Scopul lucrrii: n aceast lucrare se studiaz influena concentraiei asupra echilibrului chimic,efectund urmtoarea reacie, care decurge n soluie:

FeCl3 NH4SCN Fe(SCN)3 NH4Cl3 3+ +

galben

roscatincolor rosu intens incolor

3

43

3

43

][][

]NH[])([

SCNNHFeCl

ClSCNFeKc

(15)

Aparatur i substane:Aparatur: pahar Berzelius, eprubete, cilindru gradat, pipeteSubstane: soluii de clorur feric (FeCl3), sulfocianur de amoniu (NH4SCN), clorur de amoniu (NH4Cl).

Modul de lucru:

se spal sticlriacu ap de la robinet i apoi se cltete cu ap distilat; ntr-un pahar Berzelius se introduc 39 mL ap distilat msurai cu un cilindru gradat, la care se

adaug 0,5 mL soluie de FeCl3i 0,5 mL NH4SCN msurate cu pipete gradatei curate; se considertemperatura soluiei 25 oC; (!! dac soluiile sunt foarte diluate i nu se observ variaia de culoare se mai

adaug cte 0,5 mL din fiecare reactant). soluia obinut se toarn n volume egale (10 mL) n 4 eprubete, cu ajutorul unui cilindru gradat. cu o pipet, se adaugn exces n fiecare eprubet urmtoarele soluii/substane, (!! pipeta se spal

cu ap distilat dup fiecare soluie adugat), astfel:- eprubeta 1 se pstreaz ca etalon de culoare (nu se adaug nimic);- n eprubeta 2 se introduc 45 picturi soluie de FeCl3. Se agit coninutul eprubetei i se noteaz

observaia referitoare la modificarea intensitii culorii n comparaie cu eprubeta etalon;- n eprubeta 3 se introduc cte 45 picturi soluie NH4SCN i 4-5 picturi soluie NH4Cl; se

procedeaz la fel ca n primul caz, notndu-se variaia de culoare observat;- n eprubeta 4 se introduc cte 45 picturi soluieNH4Cl i se agit pn la dizolvare.

Calitativ se va observa deplasarea echil ibrului chimic prin compararea culori lor diferi telor proben care s-a variat pe rnd concentraia uneia din substanele iniiale sau finale.

Calcule i rezultate:

Fiecare student i completeazn referat tabelul urmtor:

Nr.Eprub.

Culoareiniial

Se adaug n excesCuloarefinal

Sensuldeplasrii

echilibruluichimic

FeCl3(aq)

NH4SCN(aq)

NH4Cl(s)

1 - - -2 4-5 pic. - -

3 - 4-5 pic. 4-5 pic.4 - - 4-5 pic.S se discute deplasarea echilibrului chimic pentru cele 3 cazuri studiate, conform principiului lui Le

Chatelier.


4/4


S se calculeze compoziia de echilibru, pe baza bilanului de material, cunoscnd: concentraiile iniialeale reactanilor ,/1,000

43LmolCC SCNNHFeCl i tiind c la echilibru n cei 40 mL soluie (rezultat prin

amestecarea reactanilor cu apa) se formeaz 0,001moli Fe(SCN)3.

Fiecare student completeaz urmtorul tabel de bilan de material:

Concentraie molar,[mol/L] FeCl3 NH4SCN Fe(SCN)3 NH4ClConcentraii molare iniiale, ciConcentraii molare consumate, cc

Concentraii molare la echilibru, cech

Se calculeaz constanta de echilibru, Kc, cu relaia (15). Se calculeaz entalpia liber de reacie, Go, cu relaia(12).unde R = 8,31 J/molK, T = t + 273 (K), t-temperatura camerei (25C).

Exercitii: Cadrul didactic va indica pentru fiecare student n parte cte un exerciiu.

1.n ce sens se deplaseaz echilibrul chimic al reaciei dac: 0,5N2(g) + 1,5H2(g) NH3(g) + 45,95 KJa) crete presiunea total a echilibrului

b) scade temperatura sistemuluic) crete concentraia N2d) crete concentraia NH3e) crete concentraia N2i NH32.Se consider reacia n faz gazoas, la t = 1500C: A2B4 2AB2Dac la echilibru s-au gsit 4 molL-1AB2, iar iniial s-au luat n lucru 3 molL

-1A2B4, s se determine:a) constanta de echilibru Kcech; ib) valoarea lui Kp corespunztor; R= 0,082 atmLK

-1

3.Pentru reaciile)(2)()(2)(2 lggg OHCOHCO i 2 22 2CO CO Og g g( ) ( ) ( )

S se arate: a) cum influeneaz creterea concentraiei fiecrui component al reaciei;b) cum influeneaz creterea presiunii echilibrului chimic.4.Pentru reacia A + B 2C + D s-a lucrat cu un amestec echimolecular de A i B (2 mol/L din fiecarereactant). tiind c se consum 50% din fiecare reactant, s se calculeze constantele Kc i Kp, dac laechilibru exist o presiune de 2 atm.R= 0,082 atmLK-15.Pentru reacia SO2 (g) + O2 (g) SO3(g), la temperatura de 500

0C, constanta Kp= 85 atm-1/2. Se

cere: scrierea expresiilor lui KP, KCi Kx;6. Pentru echilibru A+B C + D se cunosc concentraiile la echilibru CA= 4 mol/L, CB= 6 mol/L,CC= CD= 2,19 mol/L. S se calculeze concentraia iniial a compusului A i constanta la echilibru.7. Intr-un vas de 1 L se introduc 0,25 moli HI. Constanta de echilibru al reaciei 2HI H2+ I2 esteKc= 1,56x10

-2. S se calculeze concentraia la echilibru.8. La temperatura de 127oC n reacia 3 AB 2 A+AB3din 4 mol/L AB existeni iniial au mai ramas2,5 mol/L. Sa se calculeze valoarea constantei Kc i Kp.9.Pentru reacia n faz gazoas A 3 B+ C, concentraia iniial este 2 mol/L, iar la echilibru s-au gsit0,5 mol/L. S se calculeze valoarea constantei Kc i Kp considernd temperatura de 400 K.10. n ce sens se deplaseaz echilibrul chimic al reaciei dac:

2 C2H2(g) + 5 O2(g) 4CO2(g) + 2H2O (l), rH = - 310,6 Kcal

a) crete presiunea total aechilibrului;b) scade temperatura sistemului;

c)

crete concentraia CO2;d) crete concentraia C2H2; i e) crete concentraia CO2;i C2H2

Echilibrul Chimic. Principiul Lui Le Châtelier

Documents

Transcript of Echilibrul Chimic. Principiul Lui Le Châtelier