1. 2,00 mol di NH₃, 5,00 mol di H₂ e 2,00 mol di N₂ vengono posti in un recipiente di 3,00 dm³ a 350 °C. Quando si è stabilito l'equilibrio della reazione H₂ + N₂ = NH₃ (da bilanciare), la pressione totale nel recipiente è 150 atm. Calcolare la composizione della miscela dei gas all’equilibrio espressa in moli.
2. In un recipiente di 4,00 dm³ sono presenti all’equilibrio 7,30 g di I₂, 19,3 g di H₂ e 53,0 g di HI. Mantenendo costante la temperatura vengono immessi nel recipiente 9,30 g di HI. Calcolare la composizione della miscela gassosa quando si è stabilito il nuovo equilibrio della reazione.

1. Conoscendo volume, pressione e temperatura è possibile calcolare, a partire dall’equazione di stato dei gas ideali, il numero di moli di gas presenti all’equilibrio. Confrontando il risultato con il numero di moli iniziali, è possibile stabilire se, per raggiungere l’equilibrio, la reazione procede verso destra o verso sinistra. Indicando con x la variazione della quantità in moli di azoto, esprimendo in funzione dell’incognita la quantità in moli di ciascun gas all’equilibrio, sommando tali quantità e uguagliando la somma al numero di moli di gas presenti all’equilibrio, si ottiene un’equazione da cui si può ricavare il valore dell’incognita.

Bilanciamento e calcoli sono questi:

3 H₂  +  N₂  = 2 NH₃

PV = nRT         T = (350 + 273) K = 623 K

n_eq= PV / RT = 150_atm · 3,00_dm3 / 0,0821_{L·atm/K·mol} · 623_K = 8,80 mol

n_in= (2,00 + 5,00 + 2,00) mol = 9,00 mol

per raggiungere l’equilibrio la reazione deve procedere verso destra

Δn N₂ = -x       Δn H₂ = -3x       Δn NH₃ = +2x   

n_eq N₂ = (n_in + Δn) N₂ = (2,00 – x) mol

n_eq H₂ = (n_in + Δn) H₂ = (5,00 – 3x) mol

n_eq NH₃ = (n_in + Δn) NH₃ = (2,00 + 2x) mol

n_{tot eq} = (2,00 – x + 5,00 – 3x + 2,00 + 2x) mol = (9,00 – 2x) mol

9,00 – 2x = 8,80

x = 0,10 mol

n_eq N₂ = (2,00 – 0,10) mol = 1,90 mol

n_eq H₂ = (5,00 – 0,30) mol = 4,70 mol

n_eq NH₃ = (2,00 + 0,20) mol = 2,20 mol

2. La reazione di equilibrio è H₂ + I₂ = 2 HI, e l’espressione della sua costante è K_eq = [HI]²/[H₂]·[I₂]. Conoscendo le masse delle specie presenti e le rispettive masse molari, si calcolano le corrispondenti quantità in moli che si dividono poi per il volume del recipiente al fine di determinare la concentrazione molare di ciascuna specie all’equilibrio. Sostituendo i valori ottenuti nell’espressione della costante di equilibrio, si calcola il suo valore che, a temperatura costante, resta inalterato.

Aggiungendo HI, per il principio di Le Chatelier l’equilibrio si sposta verso sinistra; per raggiungere il nuovo equilibrio, pertanto, una parte di HI si decompone in idrogeno e iodio, con la conseguenza che la concentrazione di HI (considerata dopo l’aggiunta di 9,30 g alla massa iniziale di 53,0 g) diminuisce, mentre aumenta in ragione dei rapporti di reazione la concentrazione di H₂ e I₂.

Se ora indichi con +x la variazione della concentrazione di H₂, sarà +x anche la variazione della concentrazione di H₂, mentre sarà -2x la variazione della concentrazione di HI. Esprimendo le concentrazioni al nuovo equilibrio in funzione dell’incognita e sostituendole nell’espressione della costante di equilibrio, si ottiene un’equazione di secondo grado da cui si ricava il valore dell’incognita.