Gabriele ha scritto:
A 75 °C 8 moli di A e 4 moli di B sono posti in un reattore di 2 L. Sapendo che Kc = 102, quali sono le concentrazioni delle diverse specie all’equilibrio o, se esso non viene raggiunto, alla fine della reazione? Calcolare la Kp.
2 A(g) + B(s) = C(g) + D(g)
Rispondo così:
Secondo la legge dell'azione di massa, l’espressione della Kc di questa reazione di equilibrio che avviene in fase eterogenea è
Kc = [C]×[D]/[A]2
Conoscendo la concentrazione iniziale del reagente A, che vale [A]in = 8 mol/2 L = 4 mol/L, e il valore della costante di equilibrio, è possibile risalire alla concentrazione delle specie all’equilibrio attraverso le considerazioni seguenti.
1. La quantità di A diminuisce perché al procedere della reazione si formano prodotti a spese dei reagenti secondo i rapporti di reazione indicati dall’equazione bilanciata; se si raggiunge l’equilibrio dopo che 2n mol di A hanno reagito, si sono formate contemporaneamente n mol di C e n mol di D.
2. In termini di concentrazione molare, se si indica con 2x la diminuzione della concentrazione di A che porta il sistema all’equilibrio, si avrà che la concentrazione all’equilibrio di C e D è x mol/L.
3. La concentrazione restante di A all’equilibrio corrisponde alla differenza tra la sua concentrazione iniziale e la diminuzione subita nel tempo.
Possiamo quindi scrivere:
[C]eq = [D]eq = x mol/L [A]eq = [A]in – 2 x mol/L = (4 – 2 x) mol/L
Sostituendo tali valori nella relazione che esprime la Kc si ha:
102 = x2/(4 – 2 x)2
Dalla risoluzione dell’equazione si ottiene come unico valore accettabile x = 1,9; le concentrazioni all’equilibrio delle varie specie pertanto sono:
[C]eq = [D]eq = 1,9 mol/L [A]eq = (4 – 2 x) = 0,2 mol/L
La reazione può effettivamente raggiungere l’equilibrio perché la quantità del reagente solido B è sufficiente. Affinché possano formarsi 3,8 mol di C e D (1,9 mol/L×2 L) bastano, infatti, 3,8 mol di B; all’equilibrio rimangono quindi 0,2 mol di B solido.
Per quanto riguarda la Kp non c’è bisogno di alcun calcolo; poiché durante la reazione non varia il numero di moli gassose, Kc e Kp coincidono, cioè Kc = Kp = 102.
Ecco fatto…