Transcript Κεφ. 4ο ΧΗΜΙΚΗ ΙΣΟΡΡΟΠΙΑ

KEΦ. 4ο :
Β΄ ΛΥΚΕΙΟΥ :
ΧΗΜΙΚΗ ΙΣΟΡΡΟΠΙΑ
ΧΗΜΕΙΑ ΘΕΤΙΚΗΣ
ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ
6ο ΓΕΛ ΖΩΓΡΑΦΟΥ
Βυζιργιαννακης Μανωλης (ΠΕ-04)
1
ΧΗΜΙΚΗ
•
ΑΝΤΙΔΡΑΣΗ
Μονόδρομη ή ποσοτική :
Εξελίσσεται μόνο προς την μια κατεύθυνση .
Τα αντιδρώντα, που δεν είναι σε περίσσεια , μετατρέπονται
πλήρως σε προїόντα. π.χ. C (S) + O2(g)
CO2(g)
• Αμφίδρομη ή μη ποσοτική :
Εξελίσσεται σε κλειστό σύστημα σε ορισμένες συνθήκες και
προς τις δύο κατευθύνσεις ταυτόχρονα και καταλήγει σε
κατάσταση χημικής ισορροπίας ( Χ.Ι. ) , Δηλαδή μια
ποσότητα αντιδρώντων δεν μετατρέπεται σε προїόντα.
π.χ. Ν2(g) + 3 H2(g)
6ο ΓΕΛ ΖΩΓΡΑΦΟΥ
Βυζιργιαννακης Μανωλης (ΠΕ-04)
2 NH3(g)
2
ΝΕΡΟ ΚΑΙ ΥΔΡΑΤΜΟΣ ΣΕ ΙΣΟΡΡΟΠΙΑ.
Η ΤΑΧΥΤΗΤΑ ΕΞΑΤΜΙΣΗΣ ΙΣΟΥΤΑΙ
ΜΕ ΤΗΝ ΤΑΧΥΤΗΤΑ ΥΓΡΟΠΟΙΗΣΗΣ
6ο ΓΕΛ ΖΩΓΡΑΦΟΥ
Βυζιργιαννακης Μανωλης (ΠΕ-04)
3
• Παρατήρηση 1η :
Η σύσταση του μίγματος αντιδρώντων – προїόντων
στην κατάσταση της χημικής ισορροπίας παραμένει
αμετάβλητη (σταθερή ) εφόσον οι συνθήκες του
πειράματος δεν αλλάξουν.
• Παρατήρηση 2η:
Στη κατάσταση της χημικής ισορροπίας η αμφίδρομη
αντίδραση γίνεται και προς τις δύο κατευθύνσεις με την
ίδια ταχύτητα ( U1 = U2 ) δηλαδή η Χ.Ι. είναι
κατάσταση δυναμική και όχι στατική.
6ο ΓΕΛ ΖΩΓΡΑΦΟΥ
Βυζιργιαννακης Μανωλης (ΠΕ-04)
4
Διάγραμμα
Συγκέντρωσης – χρόνου
C
Διάγραμμα
Ταχύτητας – χρόνου
U
U1
Χημική
Ισορροπία
Χημική
Ισορροπία
Συγκ. προϊόντος
U1 = U2
U2
Συγκ. αντιδρώντος
tv
t
6ο ΓΕΛ ΖΩΓΡΑΦΟΥ
Βυζιργιαννακης Μανωλης (ΠΕ-04)
tv
t
5
ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΧΗΜΙΚΗΣ ΙΣΟΡΡΟΠΙΑΣ
Η2 (g) + I2 (g)
2 HI (g)
6ο ΓΕΛ ΖΩΓΡΑΦΟΥ
Βυζιργιαννακης Μανωλης (ΠΕ-04)
6
Απόδοση ( α ): Είναι ο λόγος της ποσότητας
της ουσίας ( g ή mol ) που παράγεται πρακτικά
προς την ποσότητα της ουσίας που θα παραγόταν
θεωρητικά αν αντίδραση ήταν ποσοτική.
α=
m πρ.
ποσότητα ουσίας που σχηματίζεται ( πρακτική)
mΘερ.
ποσότητα που θα σχηματιζόταν (θεωρητική)
( 0 < α < 1 ή 0 % < Α < 100 % )
Βαθμός αντίδρασης – μετατροπής αντιδρώντος ( αx ):
Είναι ο λόγος της ποσότητας του αντιδρώντος που έχει
αντιδράσει ή διασπαστεί προς την αρχική του ποσότητα.
Προσοχή : Ο βαθμός αντίδρασης είναι ίσος με την απόδοση
μόνο όταν το αντιδρών σώμα δεν είναι σε περίσσεια.
αx = mαντ./ mαρχ. ( ποσότητα που αντέδρασε /αρχική ποσότητα)
6ο ΓΕΛ ΖΩΓΡΑΦΟΥ
Βυζιργιαννακης Μανωλης (ΠΕ-04)
7
§ 4.2 : Παράγοντες που επηρεάζουν
την θέση της χημικής ισορροπίας
Αρχή Le Chatelier
ή « αρχή της φυγής προ της βίας »
Όταν μεταβάλλουμε έναν από τους συντελεστές
της ισορροπίας (συγκέντρωση , πίεση , θερμοκρασία)
η θέση της ισορροπίας μετατοπίζεται προς εκείνη
την κατεύθυνση που τείνει να αναιρέσει τη μεταβολή
που επιφέραμε.
6ο ΓΕΛ ΖΩΓΡΑΦΟΥ
Βυζιργιαννακης Μανωλης (ΠΕ-04)
8
Α) Συγκέντρωση
(αντιδρώντων ή προїόντων)
i) Αύξηση της συγκέντρωσης ενός αντιδρώντος
ή ελάττωση της συγκέντρωσης ενός προїόντος ,
μετατοπίζει την Θ.Χ.Ι. προς τα προїόντα (δεξιά )
ii) Ελάττωση της συγκέντρωσης ενός αντιδρώντος
ή αύξηση της συγκέντρωσης ενός προїόντος ,
μετατοπίζει την Θ.Χ.Ι. προς τα αντιδρώντα (αριστερά)
CΑντ. ↑ ,
CΑντ. ↓ ,
CΠρ. ↓
Δεξιά
CΠρ. ↑
Αριστερά
6ο ΓΕΛ ΖΩΓΡΑΦΟΥ
Βυζιργιαννακης Μανωλης (ΠΕ-04)
9
ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗΣ ΣΤΗΝ ΙΣΟΡΡΟΠΙΑ
Ν2 + 3Η2
2ΝΗ3
Van de Hoff
α. Κατάσταση
β. Προσθήκη
αρχικής Χ.Ι.
Ν2 ( +ΔnΝ2 )
6ο ΓΕΛ ΖΩΓΡΑΦΟΥ
Βυζιργιαννακης Μανωλης (ΠΕ-04)
γ. Μετατόπιση
της Χ.Ι. Δεξιά
( Αύξηση CNH 3 )
10
Β) Θερμοκρασία
i) Αύξηση της θερμοκρασίας με σταθερό τον όγκο,
μετατοπίζει την Θ.Χ.Ι. προς την κατεύθυνση που
απορροφάται θερμότητα ( Ενδόθερμη )
ii) Ελάττωση της θερμοκρασίας με σταθερό τον όγκο ,
μετατοπίζει την Θ.Χ.Ι. προς την κατεύθυνση που
εκλύεται θερμότητα ( Εξώθερμη )
Αριστερά.
Θ
Εξώθερμη ΔΗ < 0 :
Δεξιά
Θ
Ενδόθερμη ΔΗ > 0 :
.
Θ
Δεξιά
Θ
Αριστερά
6ο ΓΕΛ ΖΩΓΡΑΦΟΥ
Βυζιργιαννακης Μανωλης (ΠΕ-04)
11
ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ ΣΤΗΝ ΙΣΟΡΡΟΠΙΑ
CoCl4 2- + 6 H2O
Co(H2O)62+ + 4 Cl - ΔΗ <0
(μπλε)
Ψύξη (Θ↓ )
(ροδόχρωμο)
Εξώθερμη Δεξιά
( ΔΗ < 0 )
6ο ΓΕΛ ΖΩΓΡΑΦΟΥ
.
Βυζιργιαννακης Μανωλης (ΠΕ-04)
Μετατόπιση Δεξιά
12
Γ)
Πίεση
i) Αύξηση της πίεσης με ελάττωση του όγκου του
δοχείου μετατοπίζει την Θ.Χ.Ι προς την
κατεύθυνση που ελαττώνεται ο όγκος του μίγματος
της Χ.Ι δηλαδή έχουμε λιγότερα moles αερίων .
ii) Ελάττωση της πίεσης με αύξηση του όγκου
του δοχείου μετατοπίζει την Θ.Χ.Ι. προς την
κατεύθυνση που αυξάνεται ο όγκος δηλαδή
έχουμε περισσότερα moles αερίων .
Ρ ↑ ( VΔ↓ )
Ελάττωση των moles αερίων
Ρ ↓ ( VΔ ↑ )
Αύξηση των moles αερίων
6ο ΓΕΛ ΖΩΓΡΑΦΟΥ
Βυζιργιαννακης Μανωλης (ΠΕ-04)
13
ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΠΙΕΣΗΣ ΣΤΗΝ ΙΣΟΡΡΟΠΙΑ
Ν2 + 3Η2
2ΝΗ3
α. Κατάσταση
αρχικής Χ.Ι.
β. Αύξηση Πίεσης
Ρ ↑ 6ο(ΓΕΛ
VΔΖΩΓΡΑΦΟΥ
↓)
Βυζιργιαννακης Μανωλης (ΠΕ-04)
γ. Μετατόπιση της
Θ.Χ.Ι. Δεξιά
14
( Ελάττωση nολ αερίων)
§ 4.3 : Νόμος Χημικής Ισορροπίας
Σταθερά Χημικής Ισορροπίας KC – KP
Νόμος – Σταθερά Χημικής Ισορροπίας ΚC
Στην κατάσταση της Χ.Ι ο λόγος του γινομένου των
συγκεντρώσεων των προїόντων προς το γινόμενο των
συγκεντρώσεων των αντιδρώντων, κάθε συγκέντρωσης
υψωμένης σε δύναμη ίση με τον συντελεστή του
αντίστοιχου σώματος στην αντίδραση, παραμένει
σταθερός .
α Α(g) + β Β(g)
U1
U2
γ Γ (g) + δ Δ (g)
6ο ΓΕΛ ΖΩΓΡΑΦΟΥ
Βυζιργιαννακης Μανωλης (ΠΕ-04)
[Γ] γ . [Δ] δ
KC =
[Α] α . [Β] β
15
H ΣΤΑΘΕΡΑ ΙΣΟΡΡΟΠΙΑΣ ΜΕΤΡΟ
ΤΗΣ ΑΠΟΔΟΣΗΣ ΜΙΑΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗΣ
αντιδρώντα
προϊόντα
προϊόντα
αντιδρώντα
β. Μικρή τιμή της Κ
α. Μεγάλη τιμή της Κ
Μικρή απόδοση
Μεγάλη απόδοση
6ο ΓΕΛ ΖΩΓΡΑΦΟΥ
Βυζιργιαννακης Μανωλης (ΠΕ-04)
16
Παρατηρήσεις :
α) Η τιμή της ΚC αλλάζει μόνο αν αλλάξει η θερμοκρασία
i) Εξώθερμη ( ΔΗ < 0 ) :
ii) Ενδόθερμη ( ΔΗ > 0 ):
Θ↓
Θ↑
═>
═>
═>
ΚC ↓
ΚC ↑
Θ↓
═>
ΚC ↓
Θ↑
ΚC ↑
β) Συγκεντρώσεις στερεών ή καθαρών υγρών
δεν συμπεριλαμβάνονται στην ΚC
C(S)
+
O2(g)
CO2(g) ,
KC =
6ο ΓΕΛ ΖΩΓΡΑΦΟΥ
Βυζιργιαννακης Μανωλης (ΠΕ-04)
[CO2]
[O2]
17
ΕΤΕΡΟΓΕΝΗΣ ΙΣΟΡΡΟΠΙΑ ΜΕΤΑΞΥ ΤΩΝ
ΣΤΕΡΕΩΝ : CaCO3 , CaO ΚΑΙ ΤΟΥ ΑΕΡΙΟΥ : CO2.
θ
CaCO3(s) → CaO (S) + CO 2(g) ,
6ο ΓΕΛ ΖΩΓΡΑΦΟΥ
Βυζιργιαννακης Μανωλης (ΠΕ-04)
KC = [CO2]
18
→
γ) Η ΚC δεν εξαρτάται από το αν η αντίδραση
είναι απλή ή σύνθετη ( γίνεται σε στάδια ).
δ) H KC αντιστρέφεται αν αντιστρέψουμε
την εξίσωση της αντίδρασης . π.χ.
Η2(g) +
2 HJ(g)
J2(g)
2 HJ (g) ,
Η 2(g) +
=►
J 2(g) ,
KC =
[HJ]2
[H2].[J2]
K΄C =
[H2].[J2]
[HJ]2
1
K΄C=
KC
6ο ΓΕΛ ΖΩΓΡΑΦΟΥ
Βυζιργιαννακης Μανωλης (ΠΕ-04)
19
ε) Αν πολλαπλασιάσουμε όλους τους
συντελεστές των σωμάτων στην αντίδραση
με ένα αριθμό ( λ ) , τότε η ΚC υψώνεται
στον ίδιο εκθέτη ( λ ) . π.χ.
½ Η 2(g) + ½ J 2(g)
Η 2(g)
HJ (g) , KC΄΄=
[HJ]
[H2]1/2.[J2]1/2
[HJ]2
+ J 2(g)
λ = 2 =►
2 HJ (g) ,
KC =
[H2].[J2]
KC = ( KC΄΄ )2
6ο ΓΕΛ ΖΩΓΡΑΦΟΥ
Βυζιργιαννακης Μανωλης (ΠΕ-04)
20
Nόμος – Σταθερά Χημικής Ισορροπίας ΚΡ
Ο νόμος της χημικής ισορροπίας ισχύει και για τις
μερικές πιέσεις εφόσον συμμετέχουν αέρια
γ .
δ
Ρ
Ρ
Γ
Δ
γ Γ (g) + δ Δ (g) KΡ =
α Α (g) + β Β (g)
ΡΑα . ΡΒβ
Σχέση ΚC – ΚΡ : Για την μερική πίεση κάθε αερίου στην Χ.Ι. ισχύει :
Ρi ∙ V = ni ∙ R T ═> Pi = ( ni / V ) ∙ R T ═> Pi = Ci ∙ RT
KP =
Άρα :
( CΓ ∙ RT )γ ∙ ( CΔ ∙ RT )δ
( CΑ ∙ RT
)α ∙
( CΒ ∙ RT
=
)β
ΚP = KC ∙ ( R∙T )Δn
CΓ γ ∙ CΔ δ
CΑ α ∙ CΒ β
∙ ( R∙T ) [( γ+δ) – (α+β)]
( Δn = [( γ+δ) – (α+β)] )
6ο ΓΕΛ ΖΩΓΡΑΦΟΥ
Βυζιργιαννακης Μανωλης (ΠΕ-04)
21
Πηλίκο αντίδρασης QC :
Για τις συγκεντρώσεις των σωμάτων αρχικά ή σε
οποιαδήποτε στιγμή η τιμή του πηλίκου QC σε σχέση με
την τιμή της ΚC φανερώνει προς ποια κατεύθυνση θα
κινηθεί η αντίδραση ώστε να αποκατασταθεί Χ.Ι.
[Γ]
QC =
γ∙
[Δ]
δ
[Α] α ∙ [Β] β
i) QC > KC ═> αριστερά
ii) QC < KC ═> δεξιά
iii) QC = KC ═> Χ.Ι.
Ανάλογα ισχύουν και για το πηλίκο μερικών πιέσεων
QP σε σχέση με την KP..
Η προσθήκη καταλύτη στο σύστημα δεν έχει καμία
επίδραση στην θέση της Χ.Ι. ούτε στην απόδοση ,
ελαττώνει όμως τον απαιτούμενο χρόνο για την
6ο ΓΕΛ ΖΩΓΡΑΦΟΥ
22
επίτευξη της Χ.Ι. Βυζιργιαννακης
Μανωλης (ΠΕ-04)
Είδη χημικής ισορροπίας :
Α) Ομογενής ονομάζεται η χημική ισορροπία στην οποία
όλα τα σώματα που συμμετέχουν είναι στην ίδια φάση
(φυσική κατάσταση) π.χ.
Η2 (g) + J2 (g)
2 HJ (g)
Β) Ετερογενής ονομάζεται η χημική ισορροπία στην
οποία ένα τουλάχιστον από τα σώματα που συμμετέχουν
είναι σε διαφορετική φάση (φυσική κατάσταση ) από τα
άλλα. π.χ.
CaCO3 (s)
CaO(s) + CO2 (g) ,
KC = [CO2]
3 Fe (s) + 4 H2O (g)
Fe3O4 (s) + 4 H2 (g)
4
KC = [H2]4 / [H2O]
6ο ΓΕΛ ΖΩΓΡΑΦΟΥ
Βυζιργιαννακης Μανωλης (ΠΕ-04)
23