Dissociazione

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matte9595

2017-08-22 21:57

Salve sono Matteo uno studente di ingegneria elettronica che sta preparando l'esame di chimica  azz! . Vorrei riproporre questo esercizio che non era stato risolto  *Hail* ( scusate l'insistenza ma è l'ansia pre-esame  ) 

Non riesco a capire se variando il Volume varia anche il coefficiente di dissociazione alfa α.   

A me torna α iniziale = (Ptot - Piniz)/(3*Piniz/2) = 0,188 

poi ho ricavato Kp = [( Po2)^(3/2) * Pkcl ]/Pkclo3 = 0,0847 

Quando vario V' = 0,5 l ,ho considerato che variano anche P'iniz e α'. 

P'iniz = moli KClO3 * RT/V' 

alfa l'ho trovato sfruttando il fatto che Kp rimane costante ( l'ho trovato approssimato perché mi veniva un eq di grado superiore al secondo ). α' = (circa ) 0,116 e P'iniz = 4,323 atm

Una volta trovati P'iniz e α' ho ricavato P'eq = P'iniz ( 1+ 3*α'/2 ). 

Lo stesso l'ho fatto per V =2,5l. 

Però poi mi è venuto il dubbio che esista un Vmassimo per cui si dissocia completamente KClO3 !!? 

è corretto il mio procedimento ? 

Grazie in anticipo :-)

LuiCap

2017-08-22 22:39

dissociazione gassosa.jpg
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matte9595

2017-08-23 06:48

Grazie mille luisa :-)

Non capisco però perché la Kp non la posso usare :/

Io dovrei avere questa situazione

                         2 KClO3(s) --->2 KCl(s) + 3 O2 (g)

inizio (moli)           0,0706               -             -

equilibrio ( moli )   0,0706-2x          2x            3x

il coefficiente di dissociazione è α = x / no con no = 0,0706 cioè ho 3*α*no moli di O2 perciò

Kp = ( 3*α*no*RT/V )^3 da cui ricavo la relazione tra α e V ?

matte9595

2017-08-23 08:41

Io l'ho risolto così perché non va bene dove sbaglio ?  :-/ 

LuiCap

2017-08-23 11:47

Secondo me non va bene perché si tratta di un equilibrio gassoso in fase eterogenea: KClO3 e KCl sono solidi a temperatura ambiente e anche a 373 K a cui si instaura l'equilibrio. Perciò nelle equazioni della Kc e della Kp non vanno inserite le concentrazioni e le pressioni parziali dei solidi, ma solo quelle del componente gassoso O2.

Ci penso ancora un po' su.

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matte9595

2017-08-24 14:40

Sul fatto di non inserire le pressioni parziali dei solidi sono d'accordo , ho provato a rifarlo e secondo me Kp = (PO2)^3/2 = Pequilibrio deve rimanere costante cioè la P non varia ma sono le moli di O2 che variano al variare del volume e quindi il grado di dissociazione , altrimenti per come lo ha risolto lei implica che le moli di O2 rimangano costanti infatti :

                           KClO3(s)      --->     KCl(s)  +   (3/2) O2 (g)

inizio (moli)          0,0706                       -                  -

equilibrio ( moli )  0,0706(1-α)            0,0706α     (3/2)0,0706α

Pequilibrio = PO2

all'inizio Kp = (PO2)^3/2 =3,51 e n (O2) = PO2 *V / RT = 0,0905 moli

quando varia il volume V = 0,5 l se ricavassi P = n(O2)*RT / V = 5,54 atm come ha ricavato lei, implicherei che n(O2) sia rimasto costante e di conseguenza anche α, secondo me sfruttando il fatto che Kp rimane costante ( T è costante ) e quindi che P rimane costante, dalla seguente equazione si ricava il grado di dissociazione :

P = PO2 = (3*0,0706* α * RT) / 2*V

Poi non so , mi dica lei cosa ne pensa :-)

LuiCap

2017-08-24 17:51

Ci ho pensato su ;-)

Arrivo alla stessa conclusione che prima avevo scritto, però questa volta dimostrandolo con i calcoli: se il volume diminuisce, anche il grado di dissociazione diminuisce.

Se il mio ragionamento ti sembra logico, prova tu a dimostrare quanto vale il grado di dissociazione quando il volume passa da 1,20 L a 2,50 L.

dissociazione gassosa_2.jpg
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dissociazione gassosa_3.jpg
dissociazione gassosa_3.jpg

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matte9595

2017-08-24 21:04

Grazie ancora Luisa :-)

Un ultima domanda, cambia qualcosa se lascio la reazione nella forma originale ?

KClO3(s) ---> KCl(s) + (3/2) O2 (g)

invece di

2 KClO3(s) ---> 2 KCl(s) + 3 O2 (g)

LuiCap

2017-08-24 21:32

Non cambia nulla, sono solo calcoli un po' più complicati perché l'ossigeno ha coefficiente non intero. Provaci, così verifichi anche che io non abbia commesso errori di calcolo, non si sa mai...


Dimenticavo...

A temperatura costante, diminuendo il volume, aumenta la pressione, mentre la Kc e la Kp non variano perché dipendono solo dalla temperatura.

Quella che cambia è la Kx, poichè essa dipende sia dalla temperatura che dalla pressione.

In un equilibrio gassoso con Δn>0 un aumento della pressione sposta l'equilibrio verso sinistra, cioè l'equilibrio retrocede con diminuzione della Kx e del grado di dissociazione.

dissociazione gassosa_4.jpg
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matte9595

2017-08-24 22:30

Non mi torna il seguente calcolo a me viene una  x negativa :-/

x = -0,01759 

LuiCap

2017-08-25 10:01

Accidenti hai ragione Blush, ho fatto un errore di calcolo nella risoluzione dell'equazione di terzo grado; ora risulta anche a me una x simile alla tua: x = -1,7561·10^-2 mol

Scusami tanto, ti ho fatto solo del casino, mi devo rassegnare al fatto che la mia età avanza...

Non mi rassegno invece alla considerazione che una diminuzione di volume porta ad un aumento della concentrazione e ad una diminuzione del grado di dissociazione, in quanto diminuiscono le distanze reciproche tra le particelle e quindi le loro interazioni aumentano.

Appena riesco provo a rifare il tutto per dimostrare queste affermazioni con valori numerici.

LuiCap

2017-08-25 12:15

Niente da fare, per quella strada non si dimostra niente :-(

Ho provato allora ad interpretare il testo in questo senso:

- tre diversi recipienti contenenti le stesse moli iniziali di KClO3(s) alla stessa temperatura di 373 K

- il primo recipiente di volume 0,500 L e pressione 5,54 atm

- il secondo recipiente di volume 1,20 L e pressione 2,31 atm

- il primo recipiente di volume 2,50 L e pressione 1,11 atm

Ho quindi calcolato Kc, Kp e Kx e il grado di dissociazione.

I calcoli li trovi in questo file Excel:

Dissociazione KClO3(s).xls
Dissociazione KClO3(s).xls

Aumentando il volume e diminuendo la pressione si ha una diminuzione della Kc e della Kp, mentre la Kx e il grado di dissociazione restano costanti.

Spero questa volta di non aver sbagliato alcun calcolo ;-)

Mi piacerebbe molto che qualche altro utente intervenisse nella discussione.

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Nico

2017-08-25 16:25

Invoco Le Chatelier e null'altro mi viene in mente: la diminuzione del volume, perciò l'aumento della pressione, determina lo spostamento dell'equilibrio verso sinistra, ovvero verso il lato della reazione in cui è minore il numero di molecole gassose presenti. Così, all'aumentare della pressione, mi aspetto che diminuisca il grado di dissociazione del sale di potassio.

Vicia

2017-08-25 16:46

Ciao, ho letto la discussione e vi propongo qui cosa ne penso io in merito ai fattori che influiscono nell'equilibrio. Qui ho allegato il calcolo delle costanti di equilibrio prima in termini di concentrazione e poi in termini di pressioni. Allora per quanto riguarda la kc, scrivendo le concentrazioni come il rapporto tra le moli e il volume delle soluzioni e eseguendo le opportune semplificazioni, si vede come Kc dipenda inversamente dal volume. Sappiamo che kc è una costante quindi anche muto il volume(o anche il numero di moli, o concentrazioni..) kc deve rimanere costante. Osservando l'equazione se V aumenta allora le moli di nKClO3 e dunque la sua concentrazione deve diminuire mentre le moli dei prodotti aumentare per far si che kc rimanga costante, dunque per aumento di volume l'equilibrio sarà spostato verso i prodotti e quindi favorisce la formazione dei prodotti. Se il volume diminuisce invece, dovranno essere le moli di nKClo3 ad aumentare mentre quelle dei prodotti a diminuire. Pertanto qui 'equilibrio sarà spostato verso i reagenti favorendo la formazione di quest'ultimi. Per la kp possiamo fare quest'analogo ragionamento, ma tenendo conto invece la costante di equilibrio sarà direttamente e proporzionale alla pressione e quindi fare attenzione se ad aumentare saranno le frazioni dei reagenti o dei prodotti. Ragionamento in linea con il Principio di Le Chatelier. Spero di aver aiutato P.S: nella foto ho sbagliato a scrivere invece di KClO3 ho scritto solo KClO

WhatsApp Image 2017-08-25 at 18.38.03.jpeg
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LuiCap

2017-08-25 17:20

Nico ha scritto:

Invoco Le Chatelier e null'altro mi viene in mente: la diminuzione del volume, perciò l'aumento della pressione, determina lo spostamento dell'equilibrio verso sinistra, ovvero verso il lato della reazione in cui è minore il numero di molecole gassose presenti. Così, all'aumentare della pressione, mi aspetto che diminuisca il grado di dissociazione del sale di potassio.

Grazie Nico, questo era quello da cui ero partita anch'io, ma non riesco a dimostrarlo con il calcoli.

Ho esaminato il testo da due punti di vista:

a) 0,0706 mol di KClO3(s) in un volume di 1,20 L si trasformano in KCl(s) e O2(g) e raggiungono l'equilibrio a 373 K genrando una pressione di 2,31 atm; una volta raggiunto l'equilibrio il volume viene portato a 0,500 L. Come varia il grado di dissociazione??? Mi viene un numero negativo, cosa sbaglio???

b) tre diversi recipienti, come ho già spiegato nell'ultima mia risposta con i relativi calcoli allegati; cosa sbaglio???

Se hai tempo e voglia ti chiedo di provare anche tu a fare i calcoli. Grazie.


Vicia ha scritto:

Ciao, ho letto la discussione e vi propongo qui cosa ne penso io in merito ai fattori che influiscono nell'equilibrio.

Qui ho allegato il calcolo delle costanti di equilibrio prima in termini di concentrazione e poi in termini di pressioni. Allora per quanto riguarda la kc, scrivendo le concentrazioni come il rapporto tra le moli e il volume delle soluzioni e eseguendo le opportune semplificazioni, si vede come Kc dipenda inversamente dal volume. Sappiamo che kc è una costante quindi anche muto il volume(o anche il numero di moli, o concentrazioni..) kc deve rimanere costante. Osservando l'equazione se V aumenta allora le moli di nKClO3 e dunque la sua concentrazione deve diminuire mentre le moli dei prodotti aumentare per far si che kc rimanga costante, dunque per aumento di volume l'equilibrio sarà spostato verso i prodotti e quindi favorisce la formazione dei prodotti. Se il volume diminuisce invece, dovranno essere le moli di nKClo3 ad aumentare mentre quelle dei prodotti a diminuire. Pertanto qui 'equilibrio sarà spostato verso i reagenti favorendo la formazione di quest'ultimi. Per la kp possiamo fare quest'analogo ragionamento, ma tenendo conto invece la costante di equilibrio sarà direttamente e proporzionale alla pressione e quindi fare attenzione se ad aumentare saranno le frazioni dei reagenti o dei prodotti. Ragionamento in linea con il Principio di Le Chatelier.

Spero di aver aiutato

P.S: nella foto ho sbagliato a scrivere invece di KClO3 ho scritto solo KClO

Vicia, quello che hai scritto non vale per un equilibrio gassosa in fase eterogenea come in questo caso: KClO3 e KCl sono dei solidi, quindi hanno attività unitaria che si identifica numericamente con la loro pressione sempre unitaria.

Perciò:

Kc = [O2]^3/2

Kp = (P O2)^3/2

kx = (X O2)^3/2

Vicia

2017-08-25 18:06

Ah scusate, non avevo totalmente pensato al fatto che fossero in fasi diverse

Nico

2017-08-25 19:09

Credo, in una qualche maniera, d'aver ricavato la relazione che descrive la proporzionalità diretta tra volume e grado di dissociazione del sale.

Forse con alcune lungaggini, ma a me suona bene.  :-P Attendo opinioni.

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LuiCap

2017-08-25 19:48

Grazie mille, a quei risultati ero arrivata anche io.

Sempre se ne hai voglia, ti chiedo ora di calcolare il grado di dissociazione con V = 0,500 L, V = 1,20 L e V = 2,50 L.

Sono questi che non mi tornano :-(

Nico

2017-08-25 20:31

L'ho fatto solo per V=0,5 L. Alla stessa maniera si procede per V=1,2 L e V=2,5 L. In realtà, questa maniera di procedere ha validato la relazione trovata prima, che si è dimostrata corretta.  Procedendo nelle due diverse maniere, si ottiene lo stesso risultato.

CCF25082017_00000.jpg
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(RT)^3 / (RT)^3 poteva tranquillamente essere semplificato a priori, me ne sono accorto dopo e, in qualche maniera, come prima, ho appena allungato il brodo.  :-/

LuiCap

2017-08-25 21:06

Però con V = 2,50 L il grado di dissociazione risulta 1,781 O_o

Nico

2017-08-25 21:17

Vero, e non ha alcun senso. Mi viene solo da pensare che, in tali condizioni, la reazione sia giunta a completezza e che non si possa più parlare di equilibrio. Perde di senso anche il concetto di grado di dissociazione. Nel recipiente saranno contenuti solo ossigeno e KCl. Buuu?  O_o

matte9595

2017-08-26 08:52

Io l' ho risolto così :

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LuiCap

2017-08-26 09:51

Bravo, effettivamente mi sembra l'unica risoluzione possibile.