3. Chemická rovnováha - procvičování
Konstanty:
Molární plynová konstanta R = 8,314472 J mol^K"1 Příklady:
1. Při 25 °C je standardní slučovací Gibbsova energie amoniaku -16,5 kJ moľ1. Vypočítejte standardní reakční Gibbsovu energii a rovnovážnou konstantu pro syntézu amoniaku a rozhodněte, kam je posunuta rovnováha. (ArG° = -33 kJ moľ1; K = 6,1-105)
2. Při 25 °C je standardní slučovací Gibbsova energie N2O4 97,89 kJ moľ1 a standardní slučovací Gibbsova energie monomeru 51,31 kJ moľ1, standardní slučovací entalpie dimeru 9,16 kJ moľ1 a standardní slučovací entalpie monomeru 33,18 kJ moľ1. Vypočítejte standardní reakční Gibbsovu energii a rovnovážnou konstantu pro přeměnu dimeru oxidu dusičitého na jeho monomer a rozhodněte, kam je posunuta rovnováha. (ArG° = 4,73 kJ moľ1; K = 0,148)
3. Standardní Gibbsova energie reakce H2O (g) +± H2 (g) + - O2 (g) při 1727 °C je 135,2 kJ moľ1. Vypočítejte
molární zlomek kyslíku při této teplotě a tlaku 200 kPa. (0,00221)
4. Při teplotě 1984 °C a celkovém tlaku 100 kPa se v rovnováze rozloží 1,77 % vodní páry. Rovnice rozkladu vodní páry je 2 H2O (g) +± 2 H2 (g) + O2 (g). Vypočítejte
(i) reakční Gibbsovu energii. (0)
(ii) rovnovážnou konstantu. (2,848-10~6)
(iii) standardní reakční Gibbsovu energii. (239,616 kJ moľ1)
5. Při teplotě 1327 °C a celkovém tlaku 100 kPa se v rovnováze rozloží 24 % par bromu. Rovnice rozkladu par bromu je Br2 (g) +± 2 Br (g). Vypočítejte
(i) rovnovážnou konstantu při 1327 °C. (0,24)
(ii) standardní reakční Gibbsovu energii při 1327 °C. (19 kJ moľ1)
(iii) rovnovážnou konstantu při teplotě 2000 °C, jestliže je v celém teplotním rozsahu reakční entalpie rovna 112 kJ moľ1. (2,96)
6. Při teplotě 25 °C je standardní slučovací Gibbsova energie methanu -50,72 kJ moľ1 a standardní slučovací Gibbsova energie chloroformu je -73,66 kJ moľ1, standardní slučovací Gibbsova energie HCI je -95,30 kJ moľ1, standardní slučovací entalpie methanu je -74,81 kJ moľ1, standardní slučovací entalpie chloroformu je -134,47 kJ moľ1 a standardní slučovací entalpie HCI je -92,31 kJ moľ1. Vypočítejte standardní reakční Gibbsovu energii a rovnovážnou konstantu reakce
CH4 (g) + 3 Cl2 (g)    CHCI3 (I) + 3 HCI (g)
(i) při 25 "C. (ArG° = -308,84 kJ moľ1; K = 1,3-1054)
(ii) při 50 °C, je-li standardní reakční entalpie v celém teplotním rozsahu konstantní. (ArG° = -306,52 kJ moľ1; K = 3,5-1049)
V obou případech rozhodněte, kam je posunuta rovnováha.
7. Při 25 °C je standardní slučovací Gibbsova energie oxidu olovnatého -188,93 kJ mol1, standardní slučovací Gibbsova energie oxidu uhelnatého -137,17 kJ mol1, standardní slučovací Gibbsova energie oxidu uhličitého -394,36 kJ mol1, standardní slučovací entalpie oxidu olovnatého -218,99 kJ mol1, standardní slučovací entalpie oxidu uhelnatého -110,53 kJ moľ1 a standardní slučovací entalpie oxidu uhličitého -393,51 kJ mol1. Vypočítejte standardní reakční Gibbsovu energii a rovnovážnou konstantu reakce
PbO (s) + CO (g)    Pb (s) + C02 (g)
(i) při 25 °C. (ArG° = -68,26 kJ moľ1; K = 9,091-1011)
(ii) při 127 °C, je-li standardní reakční entalpie v celém teplotním rozsahu konstantní. (ArG° = -69,721 kJ moľ1; K = 1,262-109)
V obou případech rozhodněte, kam je posunuta rovnováha.
8. Reaktanty i produkty v reakci A + Bí C + 2D jsou plyny. Jestliže při teplotě 25 °C a celkovém tlaku 100 kPa smícháme 2 mol A, 1 mol B a 3 mol D, bude rovnovážná směs obsahovat 0,79 mol C. Vypočítejte
(i) molární zlomky všech látek v rovnováze. (A: 0,1782; B: 0,0309; C: 0,1163; D: 0,6745)
(ii) rovnovážnou konstantu. (9,609)
(iii) standardní reakční Gibbsovu energii. (-5,6 kJ mol1)
9. V teplotním rozmezí 527 °C až 1227 °C je standardní reakční entalpie určité reakce rovna 125 kJ mol1. Standardní reakční Gibbsova energie při 847 °C je 22 kJ mol1. Vypočítejte, při jaké teplotě je rovnovážná konstanta rovna 1. (1086,26 °C)
10. V teplotním rozmezí 647 °C až 1007 °C je standardní reakční entalpie určité reakce rovna 224 kJ mol1. Standardní reakční Gibbsova energie při 1007 °C je 33 kJ mol1. Vypočítejte, při jaké teplotě je rovnovážná konstanta rovna 1. (1228,18 °C)
11. V teplotním rozmezí 27 °C až 327 °C platí pro rovnovážnou konstantu reakce empirický vztah
i    ,s , 1088ÍC , 1,51-105ÍC2
In K = -1,04 - —— +--Ť-
Vypočítejte standardní reakční entalpii, standardní reakční Gibbsovu energii a standardní reakční entropii při 127 °C. (ArH° = 2,771 kJ moľ1; ArG° = 9,369 kJ moľ1; ArS° = -16,488 J K1 moľ1)
12. V teplotním rozmezí 127 °C až 227 °C platí pro rovnovážnou konstantu reakce empirický vztah
1176ÍC , 2,1-107ÍC3
\nK = -2,04-—— +
Vypočítejte standardní reakční entalpii, standardní reakční Gibbsovu energii a standardní reakční entropii při 177 °C. (ArH° = 7,191 kJ moľ1; ArG° = 16,55 kJ moľ1; ArS° = -20,79 J K1 moľ1) 13. Vypočítejte, jaký bude účinek dvojnásobného zvýšení tlaku na rovnovážné složení reakční směsi při reakci H2CO (g) <^ CO (g) + H2 (g). U všech složek reakční směsi předpokládejte ideální chování. (Podíl produktů se 2x sníží.)
14. Vypočítejte, jaký bude účinek dvojnásobného zvýšení tlaku na rovnovážné složení reakční směsi při reakci CH3OH (g) + NOCI (g) <^ HCI (g) + CH3NO2 (g). U všech složek reakční směsi předpokládejte ideální chování. (Zvýšení tlaku nebude mít žádný účinek.)
15. Při 230 °C je rovnovážná konstanta izomerizace borneolu na izoborneol rovna 0,106. Vypočítejte molární zlomek obou látek v rovnováze, smícháme-li při této teplotě a celkovém tlaku 100 kPa 7,5 g borneolu a 14 g izoborneolu (M = 154,25 g moľ1), (borneol: 0,904; izoborneol: 0,096)
16. Při 2027 °C je rovnovážná konstanta reakce N2 (g) + 02 (g) í 2 NO (g) rovna 1,69-10"3. Vypočítejte molární zlomek oxidu dusnatého v rovnováze, jestliže při této teplotě a celkovém tlaku 100 kPa smícháme 5 g dusíku (M(N2) = 28,02 g moľ1) a 2 g kyslíku (M(02) = 32,00 g moľ1). (1,76-10"2)
17. Vypočítejte standardní reakční entalpii reakce, jejíž rovnovážná konstanta bude mít po zvýšení teploty z původních 37 °C o 15 °C hodnotu
(i) dvakrát větší. (39 kJ mol1)
(ii) dvakrát menší. (-39 kJ mol1)
18. Chlorid amonný se při teplotě 427 °C rozkládá na amoniak a chlorovodík, je-li tlak jeho par 608 kPa, a při 459 °C, je-li tlak jeho par 1115 kPa. Vypočítejte
(i) rovnovážnou konstantu a standardní reakční Gibbsovu energii při 427 °C. (K = 9,24; ArG° = -12,9 kJ mol1)
(ii) rovnovážnou konstantu a standardní reakční Gibbsovu energii při 459 °C. (K = 31,08; ArG° = -20,9 kJ mol1)
(iii) standardní reakční entalpii a entropii, jsou-li v daném teplotním rozsahu konstantní. (ArH° = 161 kJ moľ1; ArS° = 248 J K1 moľ1)
19. Tepelným rozkladem kalcitu vzniká plyn, jehož tlak je 100 kPa. Standardní slučovací entalpie kalcitu (CaCOa) je -1206,9 kJ mol1, standardní slučovací entalpie CaO je -635,09 kJ mol1, standardní slučovací entalpie oxidu uhličitého je -393,51 kJ mol1, molární entropie kalcitu je 92,9 J K1 moľ1, molární entropie oxidu vápenatého je 39,75 J K1 moľ1 a molární entropie oxidu uhličitého je 213,74 J K1 moľ1. Standardní entalpie i entropie rozkladu kalcitu jsou v celém teplotním rozsahu konstantní. Vypočítejte teplotu, při které k rozkladu kalcitu dochází. (837,13 °C)
20. Dehydratací modré skalice vzniká plyn, jehož tlak je 100 kPa. Standardní slučovací entalpie modré skalice (pentahydrát síranu meďnatého) je -2279,7 kJ mol1, standardní slučovací entalpie síranu meďnatého -771,36 kJ mol1, standardní slučovací entalpie vodní páry -241,82 kJ mol1, molární entropie modré skalice 300,4 J K1 moľ1, molární entropie síranu meďnatého 109 J K1 moľ1 a molární entropie vodní páry 188,83 J K1 moľ1. Standardní entalpie i entropie dehydratace modré skalice jsou v celém teplotním rozsahu konstantní. Vypočítejte teplotu, při které k dehydrataci modré skalice dochází.
(124°C)
21. Při 25 °C je rovnovážná konstanta rozpouštění fluoridu vápenatého 3,9-lfJ"11. Standardní slučovací Gibbsova energie nerozpuštěného fluoridu vápenatého je -1167 kJ mol1. Vypočítejte standardní slučovací Gibbsovu energii rozpuštěného fluoridu vápenatého. (-1107,586 kJ mol1)
22. Při 25 °Cje rovnovážná konstanta rozpouštění jodidu olovnatého 1,4-10"8. Standardní slučovací Gibbsova energie nerozpuštěného jodidu olovnatého je -173,64 kJ mol1. Vypočítejte standardní slučovací Gibbsovu energii rozpuštěného jodidu olovnatého. (-128,8 kJ mol1)
23. Nakreslete závislost Gibbsovy energie izomerizace na rozsahu reakce s číselným vyznačením standardní reakční Gibbsovy energie při 25 °C a správně umístěným minimem křivky, jestliže rovnovážná konstanta má hodnotu a) 10, b) 3, c) 1.