Επιλέγεις μοντέλο χημικής ισορροπίας

Με μια ματιά

Ελέγχεις ότι το πρόβλημα αφορά συγκεντρώσεις ή μεταβολή συγκέντρωσης, θερμοκρασίας ή όγκου και γράφεις τη σταθμισμένη αμφίδρομη αντίδραση με φυσικές καταστάσεις και σταθερές συνθήκες. Επιλέγεις την αρχή Le Chatelier για ποιοτική μετατόπιση. Για τη φορά εξέλιξης από γνωστές συγκεντρώσεις συγκρίνεις το πηλίκο αντίδρασης $\qc$ με τη σταθερά χημικής ισορροπίας $\kc$. Για την τελική σύσταση κάνεις πλήρη υπολογισμό με τη $\kc$. Εφαρμόζεις τη σύγκριση μόνο όταν κανένας παρονομαστής του πηλίκου δεν είναι 0 και ελέγχεις ότι το αποτέλεσμα είναι φυσικά και στοιχειομετρικά αποδεκτό.

2Μέθοδος επιλογής

1. Ελέγχεις ότι το πρόβλημα χρησιμοποιεί συγκεντρώσεις, μεταβολή συγκέντρωσης, θερμοκρασίας ή όγκου και όχι μερικές πιέσεις, επειδή μόνο αυτά ανήκουν στο πεδίο της μεθόδου. Ο έλεγχος πετυχαίνει όταν δεν χρειάζεσαι μερική πίεση, νόμο Dalton ή σταθερά πίεσης.
2. Εντοπίζεις αν ζητείται μόνο η φορά μετατόπισης, η φορά εξέλιξης από δεδομένη σύσταση ή η τελική σύσταση, επειδή το ζητούμενο καθορίζει το μοντέλο. Ο έλεγχος πετυχαίνει όταν κατατάσσεις το ζητούμενο σε 1 από τις 3 κατηγορίες.
3. Γράφεις τη σταθμισμένη αμφίδρομη αντίδραση με φυσικές καταστάσεις και σταθερές συνθήκες, επειδή οι φάσεις, η θερμοκρασία και ο όγκος καθορίζουν ποια δεδομένα χρησιμοποιείς. Ο έλεγχος πετυχαίνει όταν ξεχωρίζεις την επιβαλλόμενη μεταβολή από τη μεταβολή λόγω αντίδρασης.
4. Επιλέγεις την αρχή Le Chatelier για ποιοτική μετατόπιση. Για φορά από γνωστές συγκεντρώσεις επιλέγεις το πηλίκο αντίδρασης. Για τελικές ποσότητες επιλέγεις πλήρη υπολογισμό με τη σταθερά χημικής ισορροπίας. Ελέγχεις ότι τα δεδομένα επαρκούν και ότι κανένας παρονομαστής του πηλίκου αντίδρασης δεν είναι 0.
5. Εφαρμόζεις το μοντέλο που αντιστοιχεί στο ζητούμενο. Ένα ποιοτικό επιχείρημα ή μια σύγκριση πηλίκου δεν δίνει από μόνη της τελικές ποσότητες. Αν ζητούνται τελικές συγκεντρώσεις, κάνε πλήρη υπολογισμό ισορροπίας.
6. Ελέγχεις τις φάσεις, τη διατήρηση της σταθεράς σε σταθερή θερμοκρασία, το επιτρεπτό διάστημα της μεταβολής και την αντικατάσταση του αποτελέσματος, επειδή αυτά απορρίπτουν μη αποδεκτές λύσεις. Ο έλεγχος πετυχαίνει όταν οι ποσότητες και οι συγκεντρώσεις είναι μη αρνητικές, οι απαιτούμενες φάσεις παραμένουν διαθέσιμες και το συμπέρασμα συμφωνεί με το επιλεγμένο μοντέλο.

3Σύντομη απάντηση 6 μονάδων

Σε ερώτηση σύντομης απάντησης με δομή αντίστοιχη ερώτησης 6 μονάδων εξετάζεις 2 ανεξάρτητες μεταβολές σε ετερογενή χημική ισορροπία. Και στα 2 πειράματα τα καθαρά στερεά παραμένουν παρόντα.

Σκέψου το επόμενο βήμα πριν το ανοίξεις.

1. Δείξε το βήμα 1

   Γράφεις την αμφίδρομη αντίδραση, για την οποία η άμεση φορά δίνεται ως ενδόθερμη:

   $$\chem{A}\state{s}\eqrxn\chem{B}\state{s}+\chem{C}\state{g}$$
2. Δείξε το βήμα 2

   Εντοπίζεις ότι ζητείται μόνο η φορά μετατόπισης μετά από κάθε μεταβολή και επιλέγεις την αρχή Le Chatelier. Δεν χρειάζεσαι τελικές ποσότητες ή πλήρη υπολογισμό ισορροπίας.

3. Δείξε το βήμα 3

   Σε σταθερή θερμοκρασία και σταθερό όγκο αφαιρείς μέρος της αέριας ουσίας C. Προβλέπεις μετατόπιση προς τα δεξιά, επειδή αυτή η φορά σχηματίζει την ουσία που αφαίρεσες.

4. Δείξε το βήμα 4

   Σε ανεξάρτητο πείραμα αυξάνεις τη θερμοκρασία. Προβλέπεις μετατόπιση προς τα δεξιά, επειδή η θέρμανση ευνοεί τη δοσμένη ενδόθερμη φορά.

5. Δείξε το βήμα 5

   Δηλώνεις ότι η σταθερά χημικής ισορροπίας παραμένει αμετάβλητη στην αφαίρεση της ουσίας C σε σταθερή θερμοκρασία, αλλά αλλάζει όταν αυξάνεται η θερμοκρασία.

6. Δείξε το βήμα 6

   Ελέγχεις ότι δεν έδωσες αριθμητικές τελικές ποσότητες, επειδή τα δεδομένα επιτρέπουν μόνο ποιοτική πρόβλεψη.

4Επιλογή σύγκρισης με το πηλίκο αντίδρασης

Βρίσκεις τη φορά εξέλιξης μιας γνωστής στιγμιαίας σύστασης σε σταθερή θερμοκρασία.

Σκέψου το επόμενο βήμα πριν το ανοίξεις.

1. Δείξε το βήμα 1

   Γράφεις την αμφίδρομη αντίδραση:

   $$\chem{CO}\state{g} + \chem{H_2O}\state{g}\eqrxn\chem{CO_2}\state{g} + \chem{H_2}\state{g}$$
2. Δείξε το βήμα 2

   Καταγράφεις ότι η σταθερά χημικής ισορροπίας έχει την τιμή:

   $$4{,}00$$

   Καταγράφεις και τις στιγμιαίες συγκεντρώσεις:

   $$\conc{\chem{CO}}=1{,}00\,\unit{mol\,L^{-1}},\quad \conc{\chem{H_2O}}=2{,}00\,\unit{mol\,L^{-1}},\quad \conc{\chem{CO_2}}=1{,}00\,\unit{mol\,L^{-1}},\quad \conc{\chem{H_2}}=1{,}00\,\unit{mol\,L^{-1}}$$
3. Δείξε το βήμα 3

   Εντοπίζεις ότι ζητείται η φορά εξέλιξης από γνωστές συγκεντρώσεις και ότι οι συγκεντρώσεις του παρονομαστή είναι θετικές. Επιλέγεις σύγκριση του πηλίκου αντίδρασης με τη σταθερά χημικής ισορροπίας.

4. Δείξε το βήμα 4

   Υπολογίζεις το πηλίκο αντίδρασης με τους εκθέτες της σταθμισμένης εξίσωσης:

   $$\qc=\frac{\conc{\chem{CO_2}}\conc{\chem{H_2}}}{\conc{\chem{CO}}\conc{\chem{H_2O}}}$$

   $$\frac{1{,}00\cdot1{,}00}{1{,}00\cdot2{,}00}=0{,}50$$
5. Δείξε το βήμα 5

   Συγκρίνεις:

   $$\qc<\kc$$

   Συμπεραίνεις καθαρή εξέλιξη προς τα δεξιά μέχρι να αποκατασταθεί ισορροπία.

6. Δείξε το βήμα 6

   Δεν υπολογίζεις τελικές συγκεντρώσεις, επειδή η σύγκριση προσδιορίζει τη φορά και όχι την τελική σύσταση.

5Επιλογή πλήρους υπολογισμού ισορροπίας

Υπολογίζεις την τελική σύσταση όταν η εκφώνηση δίνει αρχικές συγκεντρώσεις και τη σταθερά χημικής ισορροπίας.

Σκέψου το επόμενο βήμα πριν το ανοίξεις.

1. Δείξε το βήμα 1

   Γράφεις την αμφίδρομη αντίδραση σε σταθερή θερμοκρασία:

   $$\chem{A}\state{g}\eqrxn\chem{B}\state{g}$$
2. Δείξε το βήμα 2

   Καταγράφεις ότι η σταθερά χημικής ισορροπίας έχει την τιμή 4,00 και ότι αρχικά ισχύουν:

   $$\conc{\chem{A}}_{\mathrm{αρχ}}=1{,}00\,\unit{mol\,L^{-1}},\quad \conc{\chem{B}}_{\mathrm{αρχ}}=0$$
3. Δείξε το βήμα 3

   Εντοπίζεις ότι ζητούνται οι τελικές συγκεντρώσεις. Επιλέγεις πλήρη υπολογισμό με τη σταθερά χημικής ισορροπίας, επειδή μια απλή πρόβλεψη φοράς δεν αρκεί.

4. Δείξε το βήμα 4

   Θέτεις ως μεταβολή τη θετική συγκέντρωση x και γράφεις τις συγκεντρώσεις ισορροπίας:

   $$\conc{\chem{A}}_{\mathrm{ισ}}=1{,}00-x,\qquad \conc{\chem{B}}_{\mathrm{ισ}}=x$$
5. Δείξε το βήμα 5

   Αντικαθιστάς στην έκφραση της σταθεράς:

   $$\frac{\conc{\chem{B}}_{\mathrm{ισ}}}{\conc{\chem{A}}_{\mathrm{ισ}}} =\frac{x}{1{,}00-x}=4{,}00$$

   $$x=0{,}80\,\unit{mol\,L^{-1}}$$
6. Δείξε το βήμα 6

   Κρατάς τη λύση, επειδή βρίσκεται στο διαθέσιμο στοιχειομετρικό διάστημα, και βρίσκεις:

   $$\conc{\chem{A}}_{\mathrm{ισ}}=0{,}20\,\unit{mol\,L^{-1}},\qquad \conc{\chem{B}}_{\mathrm{ισ}}=0{,}80\,\unit{mol\,L^{-1}}$$
7. Δείξε το βήμα 7

   Αντικαθιστάς τις τελικές συγκεντρώσεις στην έκφραση και ανακτάς την τιμή 4,00. Έτσι ελέγχεις αριθμητικά τη λύση.

6Συνηθισμένα λάθη

• Αν ζητούνται τελικές ποσότητες, η φορά μετατόπισης δεν αρκεί. Επίλεξε πλήρη υπολογισμό ισορροπίας.
• Αν συγκέντρωση του παρονομαστή είναι 0, το πηλίκο αντίδρασης δεν ορίζεται ως ο συγκεκριμένος λόγος. Έλεγξε τον παρονομαστή πριν το υπολογίσεις.
• Η σύγκριση πηλίκου με σταθερά δίνει φορά εξέλιξης, όχι αριθμητικές τελικές συγκεντρώσεις. Για τελική σύσταση χρησιμοποίησε τη σταθερά σε πλήρη υπολογισμό.
• Η σταθερά ισορροπίας μένει ίδια μετά από μεταβολή συγκέντρωσης ή όγκου σε σταθερή θερμοκρασία. Κράτησέ την αμετάβλητη σε αυτές τις συγκρίσεις.
• Ο κανόνας συμπίεσης απαιτεί αέρια και διαφορετικά συνολικά στοιχειομετρικά mol αερίων στα δύο μέλη. Μέτρησέ τα πριν προβλέψεις μετατόπιση.
• Καθαρό στερεό ή καθαρό υγρό δεν μπαίνει στην έκφραση της σταθεράς ή του πηλίκου αντίδρασης. Έλεγξε τις φυσικές καταστάσεις και παράλειψέ το.
• Μετά από μεταβολή όγκου, ξεχώρισε την άμεση μεταβολή συγκέντρωσης από τη μεταβολή λόγω αντίδρασης. Έλεγξε και τις δύο πριν συγκρίνεις τελική και αρχική τιμή.
• Μια αρνητική ποσότητα ή συγκέντρωση δεν είναι φυσικά αποδεκτή. Έλεγξε το διαθέσιμο στοιχειομετρικό διάστημα και απόρριψε τέτοια αλγεβρική λύση.

7Κριτήρια αξιολόγησης

• Περιορίζεις τη λύση σε συγκεντρώσεις, επιτρεπτές μεταβολές και σταθερά χημικής ισορροπίας συγκεντρώσεων.

• Αναγνωρίζεις αν ζητείται ποιοτική μετατόπιση, φορά εξέλιξης από γνωστή σύσταση ή αριθμητική τελική σύσταση.

• Χρησιμοποιείς τη σταθμισμένη αμφίδρομη αντίδραση, τις φυσικές καταστάσεις και τις δηλωμένες σταθερές συνθήκες.

• Επιλέγεις μοντέλο που επαρκεί για το ζητούμενο και ελέγχεις ότι μπορεί να εφαρμοστεί στα διαθέσιμα δεδομένα.

• Εφαρμόζεις σωστά το επιλεγμένο μοντέλο και δίνεις αιτιολόγηση όταν τη ζητά η εκφώνηση.

• Ελέγχεις τη φυσική και στοιχειομετρική αποδοχή του αποτελέσματος και διατυπώνεις συμπέρασμα στο είδος που ζητήθηκε.