ΣΥΝΔΙΑΣΤΙΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΣΤΑ ΚΕΦΑΛΑΙΑ 1-4

ΑΣΚΗΣΗ 1

Ποσότητα 0,6 mol NH_3(g) μεταφέρεται σε κλειστό δοχείο όγκου V₁ =2L, όπου περιέχεται ορισμένη ποσότητα CuO_(s). Το δοχείο θερμαίνεται σε ορισμένη σταθερή θερμοκρασία. Η αντίδραση μεταξύ της NH_3(g) και του CuO_(s)ολοκληρώνεται σε χρονικό διάστημα Δt = 50 s, οπότε μέσα στο δοχείο ανιχνεύονται 0,3 mol H₂O_(g).

α) Να συμπληρωθεί με τα προϊόντα και τους συντελεστές η χημική εξίσωση της αντίδρασης:     

NH_3(g) + CuO_(s)  →  ........ +  ........ + H₂O_(g)

β) Να αποδειχτεί ότι η NH_3(g) ήταν σε περίσσεια και να υπολογιστεί η αρχική ποσότητα mol του CuO_(s).

γ) Να υπολογιστεί η μέση ταχύτητα της αντίδρασης στο χρονικό διάστημα των 50 s.

δ) Από το μείγμα των αερίων που περιέχονται στο δοχείο απομακρύνονται με ψύξη οι υδρατμοί (H₂O_(g)). Τα υπόλοιπα αέρια μεταφέρονται σε κλειστό δοχείο όγκου V₂=0,3L, θερμαίνονται σε σταθερή θερμοκρασία θ^oC, οπότε αποκαθίσταται η χημική ισορροπία της αντίδρασης με εξίσωση:   

2NH_3(g)         N_2(g) + 3H_2(g)

Στην ισορροπία η ποσότητα του N_2(g) εντός του δοχείου είναι ίση με 0,2 mol.

i) Να υπολογιστεί ο βαθμός διάσπασης της NH_3(g).

ii) Να βρεθεί η τιμή της σταθεράς χημικής ισορροπίας K_C της αντίδρασης, στη θερμοκρασία των θ ^oC.

(Απαντήσεις:

β) 0,3 mol CuO_(s),

γ) 10^-3 M/s,

δ)  i. 0,5,  ii. K_C = 1,5)

  

ΑΣΚΗΣΗ 2

α) Διαβιβάζουμε 0,3 mol HI σε 300 mL υδατικού διαλύματος KMnO₄ 0,1 M.

i) Να συμπληρωθούν οι συντελεστές στη χημική εξίσωση της αντίδρασης:

HI + KMnO₄ →  I₂ + KI + MnI₂ + H₂O

ii) Να υπολογιστεί η ποσότητα του I₂ σε mol,   που παράγεται από την αντίδραση.

β) Το HI που δεν οξειδώθηκε συλλέγεται χωρίς απώλειες και μεταφέρεται σε κλειστό δοχείο, όγκου V = 0,3 L, όπου θερμαίνεται στους θ₁ ^oC. Στη θερμοκρασία αυτή η τιμή της σταθεράς χημικής ισορροπίας K_C της αμφίδρομης αντίδρασης με εξίσωση:

2HI_(g)          H_2(g) + I_2(g)

είναι ίση με K_C = 0,25.

Η αντίδραση ξεκινά τη χρονική στιγμή t_o = 0 και η χημική ισορροπία αποκαθίσταται τη χρονική στιγμή t₁ = 25 s.

i) Να υπολογιστεί ο βαθμός διάσπασης του HI_(g).

ii) Να υπολογιστεί η μέση ταχύτητα της αντίδρασης στο χρονικό διάστημα από την έναρξή της μέχρι την αποκατάσταση της χημικής ισορροπίας.

iii) Να σχεδιαστούν - ποιοτικά - σε κοινό διάγραμμα C-t οι γραφικές παραστάσεις των συγκεντρώσεων του HI_(g)και του H_2(g) από την έναρξη της αντίδρασης μέχρι και τη χρονική στιγμή t₂ = 30 s.

γ) Θερμαίνουμε το δοχείο σε υψηλότερη θερμοκρασία θ₂ ^οC (θ₂ > θ₁). Η τιμή της σταθεράς χημικής ισορροπίας στη νέα θερμοκρασία είναι ίση με K_C = 1/16.

i)  Η αντίδραση διάσπασης του HI_(g) είναι ενδόθερμη ή εξώθερμη;

ii) Να βρεθεί η ποσότητα σε mol του HI_(g) στο δοχείο μετά την αποκατάσταση και πάλι της χημικής ισορροπίας.

(Απαντήσεις:

α) ii. 0,075 mol,  

β) i. 0,5,  ii. 2.10^-3 M/s,

γ)  i. εξώθερμη, ii. 0,04 mol)

 ΑΣΚΗΣΗ 3

α) Ποσότητα 0,3 mol Cu προστίθεται σε περίσσεια πυκνού υδατικού διαλύματος HNO₃.Να συμπληρωθούν οι συντελεστές στη χημική εξίσωση της αντίδρασης:

Cu_(s) + HNO_3(aq) → Cu(NO₃)₂ + NO_2(g) + H₂O_(l)

β) Το αέριο προϊόν της αντίδρασης NO_2(g) συλλέγεται χωρίς απώλειες και μεταφέρεται σε δοχείο κλεισμένο με ευκίνητο έμβολο, ώστε η πίεση στο εσωτερικό του δοχείου να παραμένει διαρκώς σταθερή. Το δοχείο θερμαίνεται σε θερμοκρασία T₁ (στην κλίμακα Kelvin). Όταν η αμφίδρομη αντίδραση (διμερισμός του NO_2(g))  με εξίσωση:    

2NO_2(g)          N₂O_4(g)

καταλήξει σε χημική ισορροπία, ο όγκος του δοχείου είναι ίσος με V₁ = 0,4 mol και η ποσότητα του N₂O_4(g) που έχει σχηματιστεί είναι ίση με 0,2 mol. Να υπολογιστεί η τιμή της σταθεράς χημικής ισορροπίας K_C στη θερμοκρασιών των T₁ K.

γ) Θερμαίνουμε το δοχείο σε θερμοκρασία T₂ = 2T₁ K. Όταν αποκατασταθεί και πάλι η χημική ισορροπία ο νέος όγκος του δοχείου είναι ίσος με V₂ = 1 L.

i) Η αντίδραση διμερισμού του NO_2(g) (η προς τα δεξιά φορά της αμφίδρομης αντίδρασης) είναι ενδόθερμη ή εξώθερμη;

ii) Να βρεθούν οι ποσότητες των NO_2(g) και  Ν₂Ο_4(g) στη νέα χημική ισορροπία.

(Απαντήσεις:

β)  K_C = 2,

γ) i. εξώθερμη, ii. 0,4 mol NO_2(g) και 0,1 mol N₂O_4(g))

  

ΑΣΚΗΣΗ 4

α) Ορισμένη ποσότητα Ag_(s) μεταφέρεται σε δοχείο που περιέχει περίσσεια αραιού υδατικού διαλύματος HNO_3(aq). Να συμπληρώσετε τους συντελεστές στη χημική εξίσωση της αντίδρασης:

Ag_(s) + HNO_3(aq) →  AgNO_3(aq) + NO_(g) + H₂O_(l)

β) Το αέριο NO_(g) που παράγεται από την αντίδραση συλλέγεται χωρίς απώλειες και μεταφέρεται σε δοχείο, όγκου V₁ = 1L, όπου θερμαίνεται σε ορισμένη θερμοκρασία θ ^oC.  Όταν η αμφίδρομη αντίδραση με εξίσωση: 

2NO_(g)          N_2(g) + O_2(g)

καταλήξει σε ισορροπία, στο δοχείο απομένουν 0,01 mol NO_(g).

Αν η τιμή της σταθεράς χημικής ισορροπίας της αντίδρασης, στους θ ^oC, είναι ίση με K_C = 4, να υπολογιστούν:

i) Η ποσότητα mol του αερίου NO_(g) που ελευθερώθηκε από την αντίδραση του Ag με το HNO_3(aq).

ii) Η ποσότητα mol του Ag_(s) που προστέθηκε στο υδατικό διάλυμα του HNO_3(aq).

iii) Αν η χημική ισορροπία είχε αποκατασταθεί σε δοχείο διπλάσιου όγκου V₂ = 2 L, στην ίδια θερμοκρασία θ^oC, η τελική συγκέντρωση του NO_(g) θα ήταν ίση με (επιλέξτε τη σωστή απάντηση αιτιολογώντας την επιλογή σας)

1. 5.10^-3 mol/L    2. 10^-2 mol/L    3. 8.10^-3 mol/L

(Απαντήσεις:

β)  i. 0,05 mol,  ii. 0,15 mol,  iii.1)

ΑΣΚΗΣΗ 5

α) Ποσότητα  0,7 mol  CO_(g)  διαβιβάζεται  σε 600 mL υδατικού διαλύματος KMnO₄ 0,2 M οξινισμένου με H₂SO₄.

i) Να συμπληρώσετε με τα προϊόντα και τους συντελεστές τη χημική εξίσωση της αντίδρασης:  CO_(g) + KMnO_4(aq) + H₂SO_4(aq) →  CO_2(g) + .......

ii) Να δείξετε ότι το όξινο υδατικό διάλυμα KMnO₄ αποχρωματίζεται πλήρως.

iii) Να υπολογίσετε την ποσότητα mol του CO_(g) που δεν αντέδρασε καθώς και την ποσότητα mol του CO_2(g) που σχηματίστηκε.

β) Η ποσότητα του CO_2(g) που παράγεται μαζί με την ποσότητα του CO_(g) που δεν οξειδώθηκε μεταφέρονται σε δοχείο όπου περιέχoνται 0,1 mol C_(s). Το δοχείο είναι κλεισμένο με έμβολο κι έτσι ο όγκος του μπορεί να μεταβληθεί. Το δοχείο έχει αρχικά όγκο ίσο με V₁ = 4 L και θερμαίνεται σε ορισμένη θερμοκρασία, η οποία διατηρείται σταθερή σ΄ όλη τη διάρκεια του πειράματος. Όταν αποκατασταθεί η χημική ισορροπία της αμφίδρομης αντίδρασης με εξίσωση: 

C_(s) + CO_2(g)          2CO_(g)

η ποσότητα του C_(s) στο δοχείο είναι ίση με 0,05 mol.

i) Να υπολογιστεί η τιμή της σταθεράς χημικής ισορροπίας της αμφίδρομης αντίδρασης, στη θερμοκρασία του πειράματος.

ii) Σταδιακά αυξάνουμε τον όγκο του δοχείου. Να βρεθεί ο ελάχιστος όγκος V₂ που πρέπει να έχει το δοχείο ώστε να "εξαερωθεί" όλη η ποσότητα του C_(s).

(Απαντήσεις:

α) iii. 0,4 mol CO, 0,3 mol CO₂,

β) i. K_c = 0,25, ii. 7,2 L)

  

ΑΣΚΗΣΗ 6

α) Ποσότητα 0,4 mol Fe_(s) προστίθεται σε περίσσεια πυκνού υδατικού διαλύματος H₂SO_4(aq).

i) Να συμπληρωθούν οι συντελεστές στη χημική εξίσωση της αντίδρασης:

Fe_(s) + H₂SO_4(aq) → Fe₂(SO₄)₃ + SO_2(g) + H₂O_(l)

ii) Να υπολογιστεί η ποσότητα σε mol του αερίου SO_2(g) που ελευθερώθηκε.

β) Η ποσότητα του αερίου προϊόντος SO_2(g) χωρίζεται σε δύο ίσα μέρη. Το πρώτο μέρος αναμειγνύεται με ισομοριακή ποσότητα NO_2(g) και το μείγμα μεταφέρεται σε δοχείο όπου θερμαίνεται στους θ ^oC. Στη θερμοκρασία αυτή η τιμή της σταθεράς χημικής ισορροπίας της αμφίδρομης αντίδρασης με εξίσωση:

SO_2(g) + NO_2(g)          SO_3(g) + NO_(g)

είναι ίση με K_C = 4.

Να υπολογιστεί η σύσταση  σε mol , του αερίου μείγματος της ισορροπίας.

γ) Άλλη ποσότητα Fe_(s) προστίθεται σε 250 mL πυκνού υδατικού διαλύματος HNO_3(aq).

i) Να συμπληρωθούν οι συντελεστές στη χημική εξίσωση της αντίδρασης:

Fe_(s) + HNO_3(aq) → Fe(NO₃)_3(aq) + NO_2(g) + H₂O_(l)

ii) Η ποσότητα του NO_2(g) που ελευθερώθηκε αναμειγνύεται με το δεύτερο μέρος του SO_2(g) και το μείγμα των δύο αερίων μεταφέρεται σε κλειστό δοχείο όπου θερμαίνεται στους θ ^oC. Όταν αποκατασταθεί και πάλι η χημική ισορροπία της πιο πάνω αντίδρασης, η απόδοση της αντίδρασης βρέθηκε ίση με  80%.

Να υπολογιστεί η ποσότητα σε mol του NO_2(g) που αναμείχθηκε με το SO_2(g).

iii) Αν η συγκέντρωση του υδατικού διαλύματος HNO_3(aq) (πριν από την προσθήκη του Fe_(s)) ήταν ίση με 2,4 Μ να υπολογιστεί η μάζα του Fe_(s) που προσθέσαμε στο υδατικό διάλυμα του νιτρικού οξέος. Δίνεται A_r(Fe) = 56.

(Απαντήσεις:

α)  ii. 0,6 mol, 

β)  0,1 mol SO_2(g), 0,1 mol NO_2(g), 0,2 mol SO_3(g), 0,2 mol NO_(g), 

γ) ii. 0,48 mol ή 3/16 mol.  iii. 3,5 g)

ΑΣΚΗΣΗ 7

α) Ποσότητα 0,3 mol ενός μετάλλου Μ προστίθεται σε 500 mL πυκνού υδατικού διαλύματος HNO_3(aq)  4M. Από την αντίδραση σχηματίζεται το νιτρικό αλάτι M(NO₃)_x και ελευθερώνονται 0,6 mol αερίου NO_2(g), τα οποία συλλέγονται χωρίς απώλειες.

i) Να συμπληρωθούν οι συντελεστές στη χημική εξίσωση της αντίδρασης:

M_(s) + HNO_3(aq) → M(NO₃)_x(aq) + NO_2(g) + H₂O_(l)

ii) Nα βρεθεί ο αριθμός οξείδωσης +x του μετάλλου Μ στο νιτρικό αλάτι του.

iii) Αν η αντίδραση ολοκληρώνεται σε χρονικό διάστημα Δt = 40 s να υπολογιστεί η απόλυτη τιμή του μέσου ρυθμού μεταβολής της συγκέντρωσης του HNO_3(aq).

β) Η ποσότητα του NO_2(g) μεταφέρεται σε κενό κλειστό δοχείο όγκου 1L και θερμαίνεται στη θερμοκρασία T₁ της κλίμακας Kelvin. Όταν αποκατασταθεί η χημική ισορροπία της αμφίδρομης αντίδρασης με εξίσωση: 

2NO_2(g)          N₂O_4(g)

στο  δοχείο  απομένουν   0,2 mol ΝΟ_2(g) και το μείγμα των δύο αερίων ασκεί πίεση P₁ = 8 atm.

i) Να υπολογιστεί η τιμή της σταθεράς χημικής ισορροπίας K_C της αντίδρασης στους T₁ K.

ii) Στη συνέχεια ψύχουμε το δοχείο σε θερμοκρασία T₂ = T₁/2 K. Όταν και πάλι αποκατασταθεί η χημική ισορροπία το αέριο μείγμα ασκεί πίεση P₂ = 3,5 atm.

Να βρεθεί η νέα τιμή της σταθεράς χημικής ισορροπίας K_C στούς T₂ K.

iii) Η αντίδραση διμερισμού του NO_2(g) (η προς τα δεξιά φορά της αμφίδρομης αντίδρασης) είναι ενδόθερμη ή εξώθερμη;

Αιτιολογείστε την απάντησή σας.

(Απαντήσεις:

α) ii. x = +2, iii. 6.10^-2 M/s,

β) i. K_C = 5, ii. K_C = 25, iii. εξώθερμη)

ΑΣΚΗΣΗ 8

α) Αναμειγνύουμε 400 mL υδατικού διαλύματος HCl 0,5 Μ με 100 mL υδατικού διαλύματος KMnO₄ 0,2 M.

i) Να συμπληρωθούν οι συντελεστές στη χημική εξίσωση της αντίδρασης:

HCl_(aq) + KMnO_4(aq) → Cl_2(g) + KCl_(aq) + MnCl_2(aq) + H₂O_(l)

ii) Να υπολογιστεί η ποσότητα του Cl_2(g) που ελευθερώνεται από την αντίδραση.

iii) Αν η αντίδραση ολοκληρώνεται σε χρονικό διάστημα Δt = 10 s, να υπολογιστεί η μέση ταχύτητά της από την έναρξη μέχρι και τον τερματισμό της.

β) Το Cl_2(g) που εκλύεται από την αντίδραση, συλλέγεται χωρίς απώλειες και μεταφέρεται σε κλειστό δοχείο, όγκου V = 0,2L, μαζί με ορισμένη ποσότητα αερίου CO_(g). Στη θερμοκρασία του πειράματος η σταθερά χημικής ισορροπίας K_C της αμφίδρομης αντίδρασης με εξίσωση:  

CO_(g) + Cl_2(g)           COCl_2(g)

είναι ίση με K_C = 5. Όταν η αντίδραση καταλήξει σε χημική ισορροπία η απόδοσή της βρέθηκε ότι είναι ίση με 50%.

Να υπολογιστεί η αρχική ποσότητα του CO_(g).

(Απαντήσεις:

α) ii. 0,05 mol,   iii. 2×10^-3 M/s,   

 β)  0,02 mol ή 0,065 mol)