Kimyasal Denge

Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN Afyonkarahisar Kocatepe Üniversitesi 2007
Reaksiyon hızı ve denge arasındaki bağlantı
KİMYA II DERS
NOTLARI
Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN
İleri Reak.: A → B
hız = ki[A]
Geri Reak.: B → A
hız = kg[B]
Burada ki ileri reaksiyon hız sabiti, kg ise geri
reaksiyon hız sabitidir.
İki reaksiyon birleştirildiğinde, çift yönlü
reaksiyon oku ile iki yönde gerçekleşen reaksiyonu
gösterebiliriz.
A
B
ya da
A ⇔
B
Denge anında iki hız ifadesi birbirine eşit olacaktır.
k i [A] = k g [B]
[B]
ki
=
= bir sabittir
k g [A]
Eğer ki > kg ise dengede [B] > [A]
Eğer kg > ki ise dengede [A] > [B]
1
Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN Afyonkarahisar Kocatepe Üniversitesi 2007
Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN Afyonkarahisar Kocatepe Üniversitesi 2007
Kd ve Kp arasındaki ilişki
aA + bB ⇔ cC + dD
(PC)c (PD)d
Kp = -------------(PA)a (PB)b
[C]c [D]d
Kc = -------------[A]a [B]b
Kp = Kc (RT)∆n
Saf suyun buharlaşması
100 C
Saf olmayan suyun buharlaşması
104 C
DENGE
İTİ K
DENGE SAB
SABİTİ
KDD
Herhangibir kimyasal denge tipi iç
için
aA + bB
cC + dD
Verilen bir sı
sıcaklı
caklıkta aş
aşağıdaki
ğıdaki sabit yazı
yazılabilir
Ürünlerin derişimi
Kd =
c
∆n = mol sayısındaki değişim (ürünler - girenler)
Denge sabitinin anlamı
CO(g) + Cl2(g) ⇔ COCl2(g)
Kp =
PCOCl2
-------------- = 1.49 x 10 8 (100°C)
PCO PCl2
d
[C] .[ D]
[A]a [B]b
Reaktanların derişimi
Reaksiyon ürünler lehinedir.
2
Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN Afyonkarahisar Kocatepe Üniversitesi 2007
Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN Afyonkarahisar Kocatepe Üniversitesi 2007
Denge Sabitinin Bulunmas
Bulunmasıı
2 NOCl(g)
2 NO(g) + Cl2(g)
NOCl(g)
2.00 mol NOCl 1.00 L’
L’lik kaptadı
kaptadır. Dengede 0.66 mol/L
NO bulunmaktadı
hesaplayınız
bulunmaktadır.K
r.Kd ‘yi hesaplayı
Çöz
Çözüm
Deriş
Derişimler tablosunun oluş
oluşturulması
turulması ;
Baş
Başlangı
langıç
Değ
Değişim
Denge
Deriş
Derişim
[NOCl]
NOCl]
2.00
-0.66
1.34
1.34
[NO]
0
+0.66
0.66
0.66
[Cl2]
0
+0.33
0.33
0.33
Denge Sabitinin Bulunmas
Bulunmasıı
2 NOCl(g)
NOCl(g)
Baş
Başlangı
langıç
Değ
Değişim
Denge
Deriş
Derişim
K=
[NO]
0
+0.66
0.66
0.66
[Cl2]
0
+0.33
0.33
0.33
H2
I2
Başlangıç
1,75
1,75
0
Değişim
0,75
0,75
1,50
Denge
1,00
1,00
1,50
Derişim
1M
1M
1,5 M
[NOCl ] 2
=
(0.66) 2 (0.33)
(1.34) 2
= 0.080
(1,5) = 2,25
[HI]2
=
[H 2 ][I 2 ] (1)(1)
2
Kd =
K ifadelerinin yazı
ılması
ılması
yaz
lması ve kullanı
kullan
lması
yazılması
kullanılması
SO2(g)
SO2(g) + 1/2 O2(g)
K1 = [SO2] / [O2]
SO3(g) K2 = [SO3] / [SO2][O2]1/2
Net Eş
Eşitlik ;
[NOCl]2
[NO ] 2 [Cl 2 ]
HI
S(s) + 3/2 O2(g)
[NO]2[Cl2 ]
K=
H2(g) + I2(g) ⇔ 2HI(g)
25 °C’de 1 litrelik kapta 1,75 mol H2 ve 1,75 mol I2
bulunmaktadır. Denge anında bulunan H2 miktarı 1,00
mol olduğuna göre denge sabiti kaçtır ?
S(s)
S(s) + O2(g)
2 NO(g) + Cl2(g)
[NOCl]
NOCl]
2.00
-0.66
1.34
1.34
Örnek
K net =
[SO3 ]
[O2 ]3/2
SO3(g)
= K1 • K 2
3
Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN Afyonkarahisar Kocatepe Üniversitesi 2007
Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN Afyonkarahisar Kocatepe Üniversitesi 2007
K ifadelerinin yazı
ılması
ılması
yaz
lması ve kullanı
kullan
lması
yazılması
kullanılması
Örnek
Katsayı
Katsayıları
ların değ
değişmesi durumunda ;
S(s)
S(s) + 3/2 O2(g)
2 S(s) + 3 O2(g)
SO3(g)
2 SO3(g)
K=
[SO3 ]
[O2 ]3/2
Knew =
[SO3 ]2
[O2 ]3
[SO3 ]2
Knew =
= (K old )2
[O2 ]3
K ifadelerinin yazı
ılması
ılması
yaz
lması ve kullanı
kullan
lması
yazılması
kullanılması
H2(g) + I2(g) ⇔ 2HI(g)
25 °C’de 1 litrelik kapta 1’er mol H2 I2 bulunmaktadır.
Denge sabiti 55,3 olduğuna göre dengedeki mol
sayılarını hesaplayınız.
Başlangıç
Değişim
H2
I2
HI
1
1
0
(2x ) = 55,3
[HI]2
=
[H 2 ][I 2 ] (1 - x )(1 - x )
2
Kd =
-x
-x
2x
Denge
1–x
1-x
2x
x = 0.79
Derişim
1-x
1-x
2x
[H2] = [I2] = 1.00 - x = 0.21 M
Örnek
Denge yö
yön değ
değiştirmesi durumunda ;
S(s)
S(s) + O2(g)
SO2(g)
SO2(g)
S(s) + O2(g)
K=
[SO2 ]
[O2 ]
K new =
[O2 ]
[SO2 ]
N2O4(g)
2 NO2(g)
1 L lik kapta N2O4 baş
başlangı
langıç mol sayı
sayısı 0.50 olduğ
olduğuna
göre denge deriş
derişimleri kaç
kaçtır ? (K
(Kd= 0,0059)
N2O4
Başlangıç
0,5
0
-X
2x
Denge
0,5 – x
2x
Derişim
0,5 - x
2x
Değişim
[O2 ]
1
K new =
=
[SO 2 ]
K old
NO2
Kc =
[NO2 ]2
= 0.0059 at 298 K
[N2O4 ]
Kc = 0.0059 =
[NO2 ]2
(2x)2
=
[N2O 4 ]
(0.50 - x)
4
Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN Afyonkarahisar Kocatepe Üniversitesi 2007
Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN Afyonkarahisar Kocatepe Üniversitesi 2007
K c = 0.0059 =
Düzenlendiğ
zenlendiğinde:
inde:
[NO2 ]2
(2x) 2
=
[N2O 4 ]
(0.50 - x)
0.0059 (0.50 - x) = 4x2
0.0029 - 0.0059x = 4x2
4x2 + 0.0059x - 0.0029 = 0
Bu bir ikinci dereceden bir denklemdir.
ax2 + bx + c = 0
a = 4 b = 0.0059 c = -0.0029
x =
-b ±
x =
b2 - 4ac
2a
-0.0059 ±
(0.0059)2 - 4(4)(-0.0029)
2(4)
x = -0.00074 ± 1/8(0.046)1/2 = -0.00074 ± 0.027
x = 0.026 ya da - 0.028
Fakat negatif değ
değer kabul edilemez.
edilemez.
Sonuç
Sonuç olarak ;
[N2O4] = 0.050 - x = 0.47 M
[NO2] = 2x = 0.052 M
Örnek
N2(g) + 3H2(g) ⇔ 2NH3(g)
472°C ‘de H2 ve N2 karışımı dengeye ulaşmaktadır. Denge
karışımındaki gazların kısmi basınçları 7.38 atm H2, 2.46
atm N2 ve 0.166 atm NH3 olduğuna göre Kp ‘yi hesaplayınız.
(PNH3)2
(0.166)2
Kp = ----------- = -------------------- = 2.79 x 10-5
PN2 (PH2)3 (2.46)(7.38)3
Örnek
2SO2(g)
+ O2(g)
⇔ 2SO3(g)
1 L lik bir kapta başlangıçta 1 ‘er mol SO2 ve O2
bulunmaktadır. Denge anında SO3 derişimi 0,925 M
olduğuna göre denge sabitini hesaplayınız.
Başlangıç
SO2
O2
SO3
1
1
0
Değişim
-0,925
-0,463 0,925
Denge
0,075
0,537
0,925
Derişim
0,075
0,537
0,925
(0,925)
[SO3 ]2
=
= 283,26
[SO2 ]2 [O2 ] (0,075)2 (0,537)
2
Kd =
5
Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN Afyonkarahisar Kocatepe Üniversitesi 2007
Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN Afyonkarahisar Kocatepe Üniversitesi 2007
Örnek
Soru ??
N2(g) + 3H2(g) ' 2NH3(g)
1.00 mol H2 ve 1.00 mol Br2 0.5 L’lik tanka konuyor.
Verilen şartlar altında denge sabiti Kd 55.64 olduğuna
göre dengedeki konsantrasyonlarını ve hidrojenin
ayrışma oranını bulunuz.
(4x ) = 55,64
[HBr]2
=
[H 2 ][Br2 ] 1 − x . 1 − x
0,5 0,5
COCl2(g) ' CO(g) + Cl2(g)
Fe(aq) + SCN-(aq)
2
H2
Başlangıç
HBr
1
1
0
-x
-x
2x
1–x
1-x
2x
1− x
0.5
1− x
0.5
4x
Değişim
Denge
Br2
Derişim
Kd =
1 mol H2 nin 0,788 molü ayrışırsa
100 molün
x= 78,8 %
Soru ??
N2O4(g) ⇔ 2NO2(g)
2 N2O4(g) ⇔ 4NO2(g)
(P )
(P )
4
Kp =
NO 2
2
N 2O 4
Reaksiyonları için denge sabitini yazınız.
x = 0.788
0.788
[H2] = [I2] = 1.00 - x = 0.212
0.212 M
Örnek
x2=
' FeSCN2+(aq)
(
(
)
⎛ PNO
2
=⎜
⎜ PN O
2 4
⎝
Kp= 6.462 = 41.73
2
)
⎞
⎟
⎟
⎠
2
Kp = 6.46
Kp = ?
H2 + Cl2 ' 2HCl
2NO2(g) ' N2O4(g)
2HI(g) ' H2(g) + I2(g)
2SO2(g) + O2(g) ' 2SO3(g)
Reaksiyonları için denge sabitini yazınız.
6
Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN Afyonkarahisar Kocatepe Üniversitesi 2007
Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN Afyonkarahisar Kocatepe Üniversitesi 2007
2NOBr(g) ⇔ 2NO(g) + Br2(g)
Kp =
(PNO )2 PBr
(PNOBr )2
2
2NO2
'
kahverengi
N2O4 + Isı
renksiz
Isı artırıldığında reaksiyon hangi yöne doğru kayar ?
= 0.42
Br2(g) + Cl2(g) ⇔ 2BrCl(g)
Kp =
(PBrCl )2
PBr2 PCl 2
= 7.2
Source: Brown, Lemay, Bursten, Chemistry: The Central Science 8th ed.
2NOBr(g) + Cl2(g) ⇔ 2NO(g) + 2BrCl(g)
(PNO ) (PBrCl ) =
(PNOBr )2 PCl
(PNO )2 PBr (PBrCl )2
(PNOBr )2 PBr PCl
2
Kp =
Örnek
2
2
N2(g) + 3 H2(g) → 2 NH3 (g)
Reaksiyonuna göre 0,5 L’lik kapta 2 mol N2 ve 4 mol H2
bulunmaktadır. N2 için bu şartlarda ayrışma oranı % 50
olduğuna göre denge sabitini bulunuz.
2
2
Kp = 0.42 x 7.2 = 3.0
2
N2
H2
NH3
2
4
0
-1
-3
2
Denge
1
1
2
Derişim
2
2
4
Başlangıç
Değişim
[NH 3 ]2
(4) = 1
=
[N 2 ][H 2 ]3 (2).(2) 3
2
Kd =
7
Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN Afyonkarahisar Kocatepe Üniversitesi 2007