تعادلات شیمیایی

به نام خدا 

تعادلات :

تعادل فیزیکی مایع - بخار :  

تعادل مقابل نمونه ای از تعادل فیزیکی مایع - بخار است ابتدا انیمیشن مربوطه را ملاحظه نمایید :  

Br₂(l) <--> Br₂(g)

 همچنانکه مشاهده می شود در ابتدای کار فقط مولکول های برم از سطح مایع جدا شده و به بخار تبدیل می شوند ( واکنش رفت انجام می شود ) پس از مدتی مولکول های بخار شده نیز به مایع تبدیل  می گردند ( واکنش برگشت نیز انجام می شود ) سرانجام تعداد مولکول های تبخیر شده با مولکول هایی که به مایع تبدیل می شوند برابر شده می گوییم سرعت واکنش رفت با برگشت برابر شده است به عبارت دیگر تعادل در سامانه برقرار شده است .  

توجه : می دانیم که برم تنها نافلزی است که در دمای معمولی مایع بوده و شدیدا سمی است .  

نکته : لحظه تعادل در واقع زمان برابری دو سرعت می باشد .  

( سرعت برگشت = سرعت رفت )  

مثال دیگر از تعادل مایع - بخار :  

H₂O_(l) <=> H₂O_(g)

 در لحظه تعادل واکنش متوقف نمی شود بلکه واکنش های رفت و برگشت همواره درحال انجام است ولی سرعت آنها برابر می باشد می گوییم تعادل پویا یا دینامیک است . به عبارت دیگر از دید ماکروسکوپی به نظر می رسد که واکنش متوقف شده است در حالیکه از دید میکروسکوپی واکنش های رفت و برگشت در حال انجام می باشد .

 سوال : دوشرط برای برقراری تعادل در سامانه های فوق ضروری است آن دو شرط کدامند ؟

کدام مطلب در مورد تعادل مایع -  بخار نادرست است ؟

1 ) نمونه ای از تعادلات فیزیکی است .

2) در لحظه تعادل سرعت تبخیر و میعان با یکدیگر برابر است .

3 ) خاصیت ماکروسکوپی سامانه تعادلی ثابت بودن فشار بخار است . 

4 ) به محض ثابت شدن دما تعادل در سامانه برقرار است .

 مطالب زیر به جز گزینه ی ..... در مورد یک تعادل درست است ؟

1 ) واکنش های تعادلی همواره مخلوطی از واکنش دهنده ها و فراورده ها هستند .

2 ) در لحظه تعادل غلظت واکنش دهنده ها و فراورده ها با هم برابرند .

3 ) در لحظه تعادل خواص ماکروسکوپی سیستم تعادلی ثابت است .

4  ) شرط برقراری تعادل در دمای ثابت آن است که سامانه بسته باشد .

تعادل های شیمیایی

فرایند های شیمیایی و برگشت پذیری

مفهوم برگشت پذیری

فرایند برگشت پذیر و مفهوم تعادل

 کدام رویداد نمونه ای از یک فرایند برگشت پذیر است ؟

1 ) سفت شدن زرده تخم مرغ در اثر گرما                 2 ) سوختن نفت در هوا

3 ) زنگ زدن آهن در هوای مرطوب                           4 ) تشکیل محلول سیر شده قند

 در شرایط بر قراری تعادل شیمیایی در دمای ثابت ، چون سرعت واکنش های رفت و برگشت ..... است . غلظت مولی هریک از واکنش دهنده ها و فراورده ها ..... است و خواص ...... مخلوط بدون تغییر می ماند .

1 ) برابر صفر – ثابت – میکروسکوپی           2 ) برابر صفر – برابر – میکروسکوپی

3 ) یکسان –  ثابت – ماکروسکوپی              4 )  یکسان  - برابر – ماکروسکوپی 

تعادل پویا ( دینامیک )

 کدام عبارت نادرست است ؟ 

1 ) واکنش هایی که نمی توانند درجهت برگشت پیش روند را واکنش های برگشت ناپذیر گویند .

2) مبنای درک تعادلات شیمیایی واکنش های برگشت پذیر است .

3 ) کبالت (II)کلرید شش آبه دارای بلور های آبی رنگ است .

4) یک سامانه در حالت تعادل از دید میکروسکوپی پویا یا دینامیک است .

equilibrium constant

عبارت ثابت تعادل  

برای واکنش :

2 HI(g) <→> H₂(g) + I₂

عبارت ثابت تعادل به صورت زیر تعریف می شود :

K=[H₂][I₂]/[HI]²

 تعادل شیمیایی نیتروژن دی اکسید و دی نیتروژن تترااکسید

یکای ثابت تعادل برای واکنش تعادلی :

  ₍2NO_2(g) <=>  N₂O_4(g

 

و واکنش معکوس آن ......

1 ) یکسان است .  2 ) با یکدیگر ارتباطی ندارد .  3 ) معکوس یکدیگر است .  4 ) برابر مول بر لیتر است .

 تعادل های همگن و ناهمگن

اگر همه ی گونه های شرکت کننده در تعادل اعم از واکنش دهنده و فراورده ها در یک فاز باشند واکنش را تعادلی همگن گویند .

نمونه ای از واکنش تعادلی همگن:

3 H₂(g) + N₂(g) <→ 2 NH₃(g)

محاسبات کمی در تعادلات شیمیایی ( حل مسائل در در واکنش های تعادلی )

محاسبه ی ثابت تعادل

 مخلوطی شامل یک مول CO  و یک مول بخار آب را در یک ظرف سر بسته ی 10 لیتری گرما می دهیم  تا تعادل گازی : CO_(g)­ + H₂O_(g) <-->  CO_2(g) + H_2(g)  ، بر قرار شود اگر در حالت تعادل ، مقدار 6/0 مول گاز CO₂ در مخلوط گازی وجود داشته باشد . ثابت این تعادل در شرایط آزمایش کدام است ؟           ( سراسری ریاضی 86 )

1 ) 6/1        2 ) 25/2            3 ) 15/1            4 ) 4/2

محاسبه ی غلظت های تعادلی

 با توجه به تعادل گازی : CH_4(g) + H₂O_(g) <--> CO _(g) +3H_2(g)  : K = 5 (mol/L)²   ، که در یک ظرف سر بسته دو لیتری بر قرار است ، اگر مقدار اولیه گاز متان برابر 12/1 مول و مقدار گاز CO  در حالت تعادل برابر 4/0 مول باشد ، مقدار H₂O ، در ظرف واکنش برابر چند مول است ؟ (سراسری تجربی 86 )

1 ) 141/0          2 ) 024/0          3 ) 048/0          4 ) 326/0

تفسیر ثابت تعادل

ثابت تعادل  بزرگ ( تعادل در سمت راست )

ثابت تعادل  کوچک  ( تعادل در سمت چپ )  

ثابت تعادل بسیار بزرگ  ( واکنش کامل یا تا مرز کامل شدن پیش می رود )

ثابت تعادل  بسیار کوچک  ( واکنش در شرایط داده شده انجام نمی شود )

مثال : با توجه به واکنش :

 K = 2.9 × 10⁸¹  :          2H_2(g)+O_2(g)  <--> 2H₂O_(g)

که در دمای 25 درجه در یک ظرف سر بسته  برقرار است ، کدام عبارت در باره آن درست است ؟ (سراسری ریاضی 86 )

1 ) تاحد کامل شدن پیشرفت دارد .        2 ) غلظت تعادلی H₂ با غلظت تعادلی H₂O برابر است .

3 ) یک واکنش تعادلی ناهمگن است .

4 ) با سرعت زیادی انجام می گیرد و با افزایش آنتروپی همراه است.

پیش بینی جهت پیشرفت واکنش ( خارج قسمت واکنش )

حالات ممکن برای خارج قسمت واکنش و مفهوم آن :

1) Q > K  : تعادل درسامانه برقرار نیست و برای برقراری تعادل باید واکنش در جهت برگشت جابجا شود .

2) Q = K  : سامانه در تعادل است و سرعت واکنش های رفت و برگشت با هم برابر است .

3) Q < K  : تعادل درسامانه برقرار نیست و برای برقراری تعادل باید واکنش در جهت رفت جابجا شود .

 واکنش برگشت پذیر :  N_2(g)+3H_2(g) <=>  2NH_3(g) ، در کدام شرایط زیر در حالت تعادل قرار دارد ؟ K=0.24(mol/L)^-2                                                              (سراسری ریاضی 86 )

1 ) [ N₂ ]= 4 , [H₂] = 0.2 ،  [NH₃] = 0.5      2 ) [ N₂ ]= 4 , [H₂] = 0.3 ،  [NH₃] = 0.2

3 ) [ N₂ ]= 2 , [H₂] = 0.3 ،  [NH₃] = 0.4       4 ) [ N₂ ]= 3 , [H₂] = 0.5 ،  [NH₃] = 0.3

عوامل موثر بر جابجایی تعادل

از آنجاییکه لحظه ی تعادل ، لحظه ی برابری دو سرعت است پس انتظار داریم که هر عاملی که سرعت ها را تحت تاثیر خود قرار دهد بر جابجایی تعادل نیز موثر باشد .

تعادل پویا و اصل لوشاتلیه  

توجه داریم تعادل در شیمی بر خلاف تعادل در فیزیک کاملا پویا یا دینامیک است . در حالیکه تعادل در فیزیک مانند یک الاکلنگ در حالت تعادل ، نمونه ای از تعادل ایستا یا استاتیک است .

1) اثر غلظت و اصل لوشاتلیه :  برای بررسی اثر غلظت از اصل لوشاتلیه استفاده می نماییم . افزایش غلظت  یک گونه  تعادل را  به سمت مصرف آن جابجا می کند.

مثال :  بر اساس اصل لوشاتلیه ، اگر در یک سامانه ، عاملی موجب بر هم زدن حالت تعادلی شود ، تعادل در جهتی جابجا می شود که ....... تا آنجا که امکان دارد ......... و در آن سامانه یک ...... .   ( سراسری ریاضی 84 )

1 ) با عامل مزاحم مقابله کند – اثر آن را کاهش دهد – واکنش کامل انجام گیرد .

2 ) با عامل مزاحم مقابله کند – اثر آن را بر طرف کند – تعادل جدید برقرار شود .

 3 ) اثر آن عامل را بر طرف کند – مقدار ثابت تعادل را افزایش دهد - واکنش کامل انجام گیرد .

4 ) اثر آن عامل را بر طرف کند –  از جابجا شدن تعادل جلوگیری کند – تعادل پایدار بر جای بماند .

2) اثر فشار : تغییرات فشاریا حجم فقط بر تعادلات گازی موثر است و افزایش فشار تعادل گازی را به سمت تعداد مول گاز کمتر جابجا می کند .

با افزایش فشار این تعادل در کدام جابجا خواهد شد ؟ چرا ؟  

2NO_2(g)  <-->  N₂O_4(g)

3) اثر دما :  برای بررسی اثر دما بر تعادل ابتدا جمله  q ( گرما ) را در معادله واکنش وارد نموده سپس با توجه به اصل لوشاتلیه جهت جابجایی را تعیین می نماییم . ( q را مانند یک واکنش دهنده در واکنش گرماگیر و مانند یک فراورده در واکنش گرماده در نظر می گیریم ) # توجه داریم که افزایش دما واکنش تعادلی را در جهت گرماگیر بودن جابجا می کند .توجه : ثابت تعادل تابع دماست 

 اگر در واکنش تعادلی گازی :

 ∆H<0         :           2NO_2(g) <-->  N₂O_4(g)  

که در یک ظرف سربسته در دمای معین برقرار است ، دما را افزایش دهیم ، تعادل در جهت .... جابجا می شود و ثابت تعادل ، ......  

1 ) برگشت – کوچکتر می شود .                  2 ) رفت – بزرگتر می شود .

3 ) برگشت – بدون تغییر می ماند .               4 ) رفت – بدون تغییر می ماند .   ( سراسری تجربی 85 )

تعادل :  

Co(H₂O)₆²⁺  + 4Cl^-  <-->  CoCl_4^2- + 6H₂O  

مقاله در مورد تعادلات ترموکرومیسم

4) اثر کاتالیزگر : می دانیم که کاتالیز گر سرعت واکنش های رفت و برگشت را همزمان افزایش می دهد ، پس تعادل را جابجا نمی کند . اما باید توجه داشت که کاتالیزگر با افزایش سرعت واکنش زمان رسیدن به تعادل را کوتاه می نماید .

 کدام مطلب نادرست است ؟                        ( سراسری ریاضی 87 )

1 ) ثابت تعادل های شیمیایی با تغییردما ، تغییر نمی کند .

2 ) کاتالیز گر ، سبب جابجا شدن  واکنش های تعادلی نمی شود .

3 ) برخی از واکنش های تعادلی ، گرماده و با کاهش آنتروپی همراه اند .

4 ) واکنش هایی که با کاهش آنتالپی و افزایش آنتروپی همراه باشند ، خودبخودی اند . 

فرایند هابر،  نمونه ای از کاربرد واکنش های تعادلی در صنعت

تعادل شیمیایی دی نیترو‍ژن تترا اکسید و نیترو‍‍ژن دی اکسید