Reguła przekory i wydajność reakcji

[ola_chemik]

Określ jak wpływają na wydajność reakcji opisanej równaniem:

\(\displaystyle{ 4NO_{(g)}+ 6H_{2}O_{(g)}\longleftrightarrow 4NH_{3}_{(g)} +5O_{2}_{(g)}}\)

\(\displaystyle{ \Delta H= 921 kJ}\)

Następujące zmiany:
a) obniżenie temperatury
b) wzrost ciśnienia
c) wprowadzenie dodatkowo \(\displaystyle{ NO}\)

Czy to ma jakiś związek ze stałą równowagi? Np. jeśli w a) przesuwa się w lewo to wydajność się zmniejsza?

[pesel]

Wytłumaczę wszystko opierając się na regule przekory.

a) Nasza reakcja jest endotermiczna (dodatnia entalpia) a więc towarzyszy jej pochłanianie ciepła z otoczenia. Jeżeli teraz obniżymy temperaturę to układ zachowa się tak aby tej zmianie przeciwdziałać. Jakby równowaga przesunęła się w stronę produktów to układ schłodziłby się jeszcze bardziej. Toteż stan równowagi przesunie się w lewo (na rzecz substratów) a więc wydajność reakcji spadnie.

b) W tej reakcji z 10 moli gazów powstaje 9 moli gazów a więc reakcji towarzyszy spadek objętości gazów (a więc jak reakcja zachodzi w zamkniętym naczyniu to spada ciśnienie). Jeżeli teraz zwiększamy ciśnienie to nasz układ będzie chciał tej zmianie przeciwdziałać czyli obniżyć ciśnienie. A jak to zrobi? Jakby przesunął równowagę w lewo (czyli na rzecz substrtów) to ciśnienie wzrosłoby jeszcze bardziej. Toteż układ zachowa się odwrotnie, równowaga przesunie się w prawo (na rzecz produktów) a więc wydajność reakcji wzrośnie. Jak mamy kłopot z zapamiętaniem w jakich reakcjach w jaką stronę się przesuwa to warto pamiętać, że wzrost ciśnienia przesuwa równowagę w kierunku mniejszej objętości (czyli w stronę gdzie mamy mniej moli gazów).

c) dodatek substratu spowoduje, że jego stężenie w układzie wzrośnie. To jak zachowa się układ w tej sytuacji? Ano tak aby przeciwdziałać zmianie czyli będzie chciał obniżyć stężenie tlenku azotu poprzez przesunięcie równowagi w prawo (na rzecz produktów). Toteż wydajność reakcji wzrośnie.

Trzeba też zaznaczyć, że ani w punkcie b) ani c) stała równowagi nie uległa zmianie. Stała równowagi uległa zmianie tylko w punkcie a) (tutaj prawo van't Hoffa się kłania).

BTW W punkcie c) jest jeszcze mały niuans ale jak o niego nie zapytasz to nie będę motał.

[ola_chemik]

Przepraszam ale zapomniałam dodać 4 przed NO..
Więc w pkt. b) z 10 moli powstaje 9 moli gazu więc objętość maleje i ciśnienie też,tak? Układ chce to ciśnienie podwyższyć więc równowagę musi przesunąć w prawo a tym samym wydajność reakcji wzrośnie?
I dlaczego w a) stała równowagi się zmieniła? I co ma do tego reguła Van't Hoffa, w szkole miałam tylko wspomniane że "Wzrost temperatury o 10 stopni C powoduje wzrost szybkości reakcji od 2 do 4 razy". Obniżenie temperatury wpływa na szybkość reakcji chemicznej a tym samym na stałą K?

Kompletnie nie przemawia do mnie kinetyka chemiczna...

[pesel]

Już punkt b) jest dla poprawnego równania reakcji

Nie można mylić dwóch rzeczy: stałej szybkości reakcji i stałej równowagi reakcji. Stała równowagi reakcji to stosunek stałych szybkości reakcji (w prawą i w lewą stronę). Stała szybkości reakcji, zgodnie z prawem Arrheniusa, rośnie z temperaturą. Ale mimo to stałe równowagi jednych reakcji maleją i innych rosną ze wzrostem temperatury. Ano jest to możliwe bo jeżeli stała szybkości reakcji w prawo rośnie bardziej z temperaturą niż reakcji w lewo to stała równowagi reakcji będzie rosła z temperaturą. Jeżeli stała szybkości reakcji w prawo będzie wolniej rosła z temperaturą niż stała szybkości reakcji w lewo to stała równowagi reakcji będzie malała. To tak jak z ułamkami. Mam ułamek 1/2. Zwiększam licznik cztery razy a mianownik dwa razy. Ułamek wzrósł. A teraz zwiększam licznik dwa razy a mianownik cztery razy. Ułamek zmalał mimo, że i licznik i mianownik wzrosły.

[ola_chemik]

Mam takie jeszcze jedno pytanie.
Gdy chodzi o ciśnienie i jest reakcja która wygląda np. tak:

\(\displaystyle{ A_{(g)}}\) + \(\displaystyle{ B_{(g)}}\) \(\displaystyle{ \Leftrightarrow}\) \(\displaystyle{ C_{(g)}}\) + \(\displaystyle{ D_{(c)}}\)

W takim razie czy liczymy liczbę moli reagentów po każdej stronie tylko tych w stanie gazowym czy w stanie ciekłym też?

[pesel]

Mam takie jeszcze jedno pytanie.
Gdy chodzi o ciśnienie i jest reakcja która wygląda np. tak:

\(\displaystyle{ A_{(g)}}\) + \(\displaystyle{ B_{(g)}}\) \(\displaystyle{ \Leftrightarrow}\) \(\displaystyle{ C_{(g)}}\) + \(\displaystyle{ D_{(c)}}\)

W takim razie czy liczymy liczbę moli reagentów po każdej stronie tylko tych w stanie gazowym czy w stanie ciekłym też?

A możesz trochę precyzyjniej zapytać. Co to znaczy czy liczymy?

[ola_chemik]

Źle to sprecyzowałam.

Mam na myśli to że jeśli jest reakcja odwracalna:

\(\displaystyle{ 2H_{2}S _{(g)} +3O_{2(g)} \Leftrightarrow 2SO_{2(g)} + 2H_{2}O _{(c)}}\)

Żeby obliczyć jak na kierunek zmiany stanu równowagi wpływa ciśnienie to trzeba policzyć liczbę moli po każdej stronie, i tu mnie ciekawi czy stan skupienia w jakim znajduje się substrat albo produkt (inny niż gazowy) czy to ma znaczenie tak jak przy liczeniu stałej równowagi chemicznej?

Chyba sobie za bardzo komplikuję życie...

[pesel]

W tym wypadku substancje w fazie ciekłej (tutaj woda) i w fazie stałej nie mają znaczenia (nie występują w wyrażeniu na stałą równowagi reakcji). W tym wypadku reakcja zachodzi ze zmniejszeniem objętości (z 5 moli gazów powstają 2 mole gazów) więc wzrost ciśnienia przesunie równowagę na rzecz produktów (w prawo). Aha, żadnymi takim zagadnieniami jak wpływ ciśnienia na rozpuszczalność gazów w wodzie zajmować się, mam nadzieję, nie będziemy.

BTW. Załóżmy, że ten układ znajduje się w stanie równowagi. Dolanie/odebranie wody do układu nie ma wpływu na stan równowagi. No chyba, że ktoś będzie na tyle dokładny, że powie, że jak wlał do naczynia wody to objętość naczynia nad cieczą się zmniejszyła a więc ciśnienie gazów wzrosło.

[pvnrt]

Mogę zapytać o ten mały niuans z pkt c ?