Kimya Mühendisliği Kimyasal denge K İ MYASAL DENGE Reaksiyon Y ö n ü ve Denge NaCl (k) + H 2 SO 4 ( ç ) NaHSO 4 (k) + HCl (g) Gaz olu ş umu NaCl ( ç ) + AgNO 3 ( ç ) NaNO 3 ( ç ) + AgCl (k) Çö kelti olu ş umu Cl - ( ç ) + Ag + ( ç ) AgCl (k) Çö kelti olu ş umu NaOH ( ç ) + HCl ( ç ) NaCl ( ç ) + H 2 O (s) Su veya iyonize olmayan bir maddenin olu ş umu NaOH ( ç ) + HCl ( ç ) NaCl ( ç ) + H 2 O (s) OH - ( ç ) + H + ( ç ) H 2 O (s) NaOH ( ç ) + HCl ( ç ) NaCl ( ç ) + H 2 O (s) (D enge y ö n ü ü r ü nler y ö n ü nde ç ok b ü y ü k oldu ğundan tek y ö nl ü gibi d üşü n ü l ü r.) A + B C + D A + B C + D İ leri reaksiyonun h z : V 1 = k 1 [A] [B] Geri reaksiyonun h z : V 2 = k 2 [C] [D] v 1 = v 2 k 1 [A] [B] = k 2 [C] [D] [B] [A] [D] [C] k k 2 1 ? ? ? [B] [A] [D] [C] k k 2 1 [B] [A] [D] [C] k k K 2 1 c ? ? a A + b B c C + d D b a d c c [B] [A] [D] [C] K ? A (g) + B (g) C (g) + D (g) B A D C p P P P P K ? V n c ? PV=nRT RT P V n c ? ? b a d c c [B] [A] [D] [C] K ? b B a A d D c C c RT P RT P RT P RT P K ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? b B a A d D c C b) (a d) (c c P P P P . RT 1 K ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? (c+d) - (a+b) = ? n p Än c K . RT 1 K ? ? ? ? ? ? ? K p = (RT) ? n . K c CaCO 3 (k) CaO (k) + CO 2 (g )Ö rnek A ş a ğ da verilen denge reaksiyonu i ç in 700 o C de K p = 4,7.10 -7 olarak belirtilmi ş tir. Buna g ö re, s ö z konusu reaksiyona ait K c de ğerini hesaplay n z. N 2 (g) + 3 H 2 (g) 2 NH 3 (g) Çö z ü m : R = 0,082 . L atm/mol K ? n = 2 - (3+1) = -2 p Än c K . RT 1 K ? ? ? ? ? ? ? 4,7.10 . 973 . 0,082 1 K 7 - -2 c ? ? ? ? ? ? ? K c = 2,99.10 -3 Heterojen Denge CaCO 3 (k) CaO (k) + CO 2 (g) ] [CaCO ] [CO ] [CaO K (k) 3 (g) 2 (k) c ? ? ] [CO CaO CaCO K (g) 2 (k) (k) 3 c ? ? c (k) (k) 3 c K Sabit CaO CaCO K ? ? ? K c = [CO 2 (g) ] NH 4 HS (k) NH 3 (g) + H 2 S (g) K c = ? NH 3 (g) ? ? H 2 S (g) ? 2 C (k) + O 2 (g) 2 CO (g) K c ] [O ] [CO (g) 2 2 (g) ? H 2 (g) + S (k) H 2 S (g) K c ] [H ] S [H (g) 2 (g) 2 ? Ö rnek: K arbon dioksitin kat karbon ü zerine etkisi 800 ile 1200 o C ler aras nda ş u ş ekildedir. C (k) + CO 2 (g) 2 CO (g) Bir litrelik bir kaba 0,1 mol CO 2 ve bir miktar karbon konulmu ş tur. 827 o C de denge kurulduktan sonra CO 2 ve CO in deri ş imlerini bulunuz. K c = 11,09.10 -2 olarak verilmi ş tir. Çö z ü m: C (k) + CO 2 (g) 2 C O (g) (0,1 – x) mol/L 2x K c = 2 - 2 (g) 2 2 (g) 11,0910 x) - (0,1 (2x) ] [CO ] [CO ? ? x = 4,07.10 -2 mol/L elde edilir. Bu durumda CO 2 ve CO in denge deri ş imleri, CO 2 = 0,1 - 4,057.10 -2 = 5,943.10 -2 mol/L CO = 2 . 4,057.10 -2 = 8,114 .10 -2 mol/L Dengeye etki eden fakt ö rler etkenler 2 CO (g) + O 2 (g) 2 CO 2 (g) K c = ] [O [CO] ] [CO 2 2 2 2 = 2,24.10 22 Deri ş imin De ği ş imi K c = ] [O [CO] ] [CO 2 2 2 2 = 2,24.10 22 denge sabiti de ği ş mez Bas n ç veya hacim de ği ş imi V n c ? RT P V n c ? ? b B a A d D c C c RT P RT P RT P RT P K ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? K p = (RT) ? n . K c Deri ş im de ği ş imi gibidir. S cakl ğ n De ği ş imi Denge sabiti s cakl ğa ba ğl d r. Le Chatelier ilkesi Denge halinde bulunan bir sisteme d ş bir etki olursa, (konsantrasyon, bas n ç , s cakl k de ği ş imi)yap lan etkinin azalaca ğ ş ekilde de ği ş im olur. Kataliz ö r Reaksiyon h z n art r r ve dengenin bir an ö nce kurulmas n sa ğlar. PROBLEMLER 1 : Amonyak sulu ortamda a ş a ğ daki ş ekilde iyonla ş maktad r. Bu reaksiyonun denge sabiti 1,8.10 -5 olarak verilmi ş tir. Bu durumda, 0,04 mol amonyak ile haz rlanan 2 litre hacmin deki sulu çö zeltide bulunan ? 4 NH , OH - iyonlar ile NH 3 n mol say lar n hesaplay n z. NH 3 + H 2 O ? 4 NH + OH - Çö z ü m: Denge halinde ortamdaki taneciklerin deri ş imleri şö yledir. NH 3 + H 2 O ? 4 NH + OH - mol/L 0,02 2 0,04 ] [NH 3 ? ? NH 3 + H 2 O ? 4 NH + OH - 0,02 - - - 0,02-x x x ] [NH ] [OH ] [NH K 3 - 4 c ? ? x - 0,02 x . x 1,8.10 5 ? ? ? mol/L 6.10 x -4 ? mol 12.10 n n -4 OH NH - 4 ? ? ? mol 0,0388 12.10 - 0,04 n -4 NH 3 ? ? 2 : Hacmi 4 litre olan kapal bir kapta 1,6 mol N 2 ve 0,4 mol H 2 gaz bulunmaktad r. S cakl k 500 o C ye ç kar ld ğ zaman a ş a ğ daki reaksiyon gere ğince denge kurulmaktad r. Bu durumda, her bir gaz n mol say s n bularak NH 3 n mol kesrini hesaplay n z. (K c = 1 ,6.10 -3 500 o C ) N 2 (g) + 3 H 2 (g) 2 NH 3 (g) Çö z ü m: Dengede yer alan taneciklerin konsantrasyonlar g ö z ö n ü ne al n rsa, [N 2 ] = mol/L 2x ] [NH mol/L 3x - 4 0,4 ] [H mol/L x - 4 1,6 3 2 ? ? 3 2 3 2 2 2 3 c 3x) - (0,1 x) - (0,4 (2x) ] [H ] [N ] [NH K ? ? = 1,6.10 -3 Paydada yer alan bilinmeyenler ç ok k üçü k olduklar i ç in bilinen say sal de ğerlerin yan nda ihmal edilir. 3 - 3 2 1,6.10 (0,1) (0,4) (2x) ? x = 4.10 -3 mol/L mol 0,032 4.10 . 2 . 4 n -3 NH 3 ? ? mol 1,584 0,004) - (0,4 4 n 2 N ? ? mol/L 0,384 0,004) - (0,1 4 n 2 H ? ? Bu durumda amonya ğ n mol kesri ş ö yle olacakt r. 3 - NH 16.10 0,032 0,384 1,584 0,032 X 3 ? ? ? ? Problem (7-6): Tamamen bo ş alt lm ş bir kap i ç erisine kat amonyum bis ü lf ü r konulmu ş tur. 27 o C s cakl kta a ş a ğ daki denge reaksiyonu gere ğince NH 4 HS ü n ayr ş mas sonucu kab n toplam bas nc 0,620 atm olarak ö l çü l ü yor. Bu durumda, 27 o C s cakl ktaki K p ve K c denge sabitlerini hesaplay n z. NH 4 HS (k) NH 3 (g) + H 2 S (g) Çö z ü m: Sistemdeki gaz t ü rlerin k smi bas n ç lar şö yle bulunur. atm 0,310 2 0,620 P P S H NH 2 3 ? ? ? S H NH p 2 3 P . P K ? 9,61.10 (0,31) (0,31) K -2 p ? ? 2 0 - 2 Än , K RT 1 K p Än c ? ? ? ? ? ? ? ? ? 2 - 2 c 9,61.10 300) . (0,082 1 K ? -5 c 15,88.10 K ? S O R U L A R 1 : A ş a ğ daki denge reaksiyonu i ç in denge sabiti K c = 45,9 olarak verilmi ş tir. Bir litrelik bir kapta 0,4 mol hidrojen ve 7,62 gram iyot ile dengede olan HI mol say s n bulunuz. H 2 (g) + I 2 (g) 2 HI (g) 2 : A ş a ğ da verilen denge tepkimesinin entalpi de ği ş imi ? H = +31,4 kcal olarak bilinmektedir. C (k) + H 2 O (g) H 2 (g) + CO (g) Buna g ö re, a ş a ğ daki de ği ş imlerden her birinin denge durumuna etkisini nedenleri ile birlikte inceleyiniz. a) S cakl ğ n art r lmas . b) Bas nc n azalt lmas . c) Karbon miktar n n art r lmas . d) H 2 O (g) kat lmas . e) H 2 (g) kat lmas . f) Kataliz ö r kullan lmas . 3 : 25 o C de a ş a ğ daki denge olu ş tu ğu zaman sistemde bulunan N 2 O 4 gaz n n k smi bas nc 0,70 atm ve NO 2 gaz n n k smi bas nc ise 0,30 atmosferdir. Reaksiyonun bu s cakl ktaki K p de ğerini hesaplay n z. N 2 O 4 (g) 2 NO 2 (g) 4 : Havas bo ş alt lm ş 1 dm 3 hacmin deki bir balon i ç inde y ü r ü yen a ş a ğ daki tepkimede her bir bile ş enin denge deri ş imleri [PCl 3 ] = 0,20, [Cl 2 ] = 0,10 ve [PCl 5 ] = 0,40 mol/L olarak verilmi ş tir. Denge halindeki sisteme 0,1 mol Cl 2 gaz yeniden eklendi ğinde PCl 5 (g) ü n dengedeki yeni deri ş imini bulunuz. PCl 3 (g) + Cl 2 (g) PCl 5 (g) Kd = ] ][Cl [PCl ] [PCl 2 3 5 = 0) (0,20)(0,1 (0,40) =20 PCl 3 (g) + Cl 2 (g) PCl 5 (g) 0,20 0,10 0,40 0,20-x 0,20-x 0,40+xKd = ] ][Cl [PCl ] [PCl 2 3 5 = x) - x)(0,20 - (0,20 x) (0,40 ? =20 0,40+x = 20. (0,20-x)(0,20-x) 0,40+x = 0,8 – 8x + 20 x 2 20 x 2 - 9x + 0,4 = 0 X 1,2 = 2a 4.a.c b b - 2 ? µ = 2.20 4.20.0,4 9 9 2 ? µ = 2.20 7 9 µ = X 1,2 = 2.20 7 9 ? = 0,40 X 1,2 = 2.20 7 9 ? = 0,05 [PCl 3 ] = 0,20 – 0,05 = 0,15 [Cl 2 ] = 0,20 – 0,05 = 0,15 [PCl 5 ] = 0,40 + 0,05 = 0,45 mol/L 5 : S cakl ğ 500 K olan bir litre hacmindeki kaba 1,00 mol NOCl (g) konuluyor. Sistem dengeye geldi ğinde NOCl (g) % 9 oran nda ayr ş maktad r. Buna g ö re 500 K de K c denge sabitini h esaplay n z. 2 NOCl (g) 2 NO (g) + Cl 2 (g)