Costante di equilibrio. Esercizi svolti
Una reazione reversibile, ovvero una reazione in cui reagenti e prodotti coesistono in un equilibrio chimico dinamico è caratterizzata da una costante di equilibrio che varia solo al variare della temperatura.
Data la generica reazione:
aA + bB ⇄ cC + dD
l’espressione della costante di equilibrio Kc è data da:
Kc = [C]c[D]d/[A]a[B]b
Questa è l’espressione generale della legge dell’azione di massa enunciata da Guldberg e Waage secondo la quale in una reazione di equilibri, è costante il rapporto fra il prodotto delle concentrazioni molari del prodotti di reazione e il prodotto delle concentrazioni molari delle sostanze reagenti, ciascuna elevata a un esponente pari al coefficiente di reazione.
Per gli equilibri gassosi è spesso usata un’altra costante Kp in cui alle concentrazioni sono sostituite le pressioni parziali dei gas. Le due costanti sono correlate dall’espressione:
Kp = Kc(RT) – Δn
dove Δn = (c + d) – (a+b)
Esercizi
1) Scrivere le espressioni della costante Kc relativa ai seguenti equilibri:
2 O3(g) ⇄ 3 O2(g)
2 NO(g) + Cl2(g) ⇄ 2 NOCl(g)
Ag+(aq)+ 2 NH3(aq) ⇄ Ag(NH3)2+(aq)
Usando la legge di azione di massa:
Kc= [O2]3/[ O3]2
Kc = [NOCl]2/[NO]2[Cl2]2
per la formazione del complesso diammino argento :Kc = [Ag(NH3)2+][Ag+][NH3]
2) Scrivere le espressioni della costante Kc relativa ai seguenti equilibri:
CO2(g) + H2(g) ⇄ CO(g) + H2O(l)
SnO2(s) + 2 CO(g) ⇄ Sn(s) + 2 CO2(g)
Le reazioni si riferiscono a equilibri eterogenei ovvero equilibri in cui sono presenti fasi diverse. Nell’espressione della costante di equilibrio vanno omessi i solidi, i liquidi e i solventi. Pertanto le rispettive espressioni sono:
Kc = [CO]/[ CO2][ H2]
Kc = [CO2]2/ [CO]2
3) Data la reazione: N2(g) + 3 H2(g) ⇄ 2 NH3(g) per la quale a 300 °C il valore di Kc è pari a 9.60 determinare il valore di Kp
Valutiamo il valore di Δn
Δn = 2 – ( 1 + 3) = – 2
La temperatura espressa in gradi kelvin vale: T = 273 + 300 = 573
Kp = Kc(RT) – Δn = 9.60 ( 0.08206 · 573)-2 = 0.00434
4) Data la reazione: N2(g) + O2(g) ⇄ 2 NO(g) per la quale alla temperatura di 25 °C il valore di Kc è pari a 1 · 10-30 calcolare il valore della Kc per la reazione 2 NO(g) ⇄ N2(g) + O2(g)
L’espressione della Kc relativa alla prima reazione è data da Kc = [NO]2/[N2][O2] mentre quella relativa alla seconda reazione è Kc = [N2][O2]/[NO]2 che è l’inverso della prima. Quindi la Kc relativa alla seconda reazione vale: Kc = 1/ 1 · 10-30 = 1 · 1030
5) Date le seguenti reazioni: HF(aq)⇄ H+(aq) + F–(aq) e H2C2O4(aq) ⇄ 2 H+(aq) + C2O42-(aq) per le quali i valori delle costanti di equilibrio sono rispettivamente Kc= 6.8 · 10-4 e Kc = 3.8 · 10-6 determinare la costante di equilibrio relativa alla reazione 2 HF(aq) + C2O42-(aq) ⇄ 2 F–(aq) + H2C2O4(aq)
Moltiplicando per 2 la prima reazione si ha:
2 HF(aq)⇄ 2 H+(aq) + 2 F–(aq) per la quale Kc = (6.8 · 10-4 )2 = 4.6 · 10-7
Per la reazione 2 H+(aq) + C2O42-(aq) ⇄ H2C2O4(aq) si ha che Kc = 1 /3.8 · 10-6 = 2.6 ·105
Pertanto la Kc relativa alla reazione 2 HF(aq) + C2O42-(aq) ⇄ 2 F–(aq) + H2C2O4(aq)ottenuta sommando membro a membro le ultime due reazione vale Kc = (4.6 · 10-7)( 2.6 ·105) = 0.12
