Un calcolo per una reazione di equilibrio

Antonio ha scritto:

Gentile professoressa, ho problemi con questo esercizio. In realtà, sono riuscita a risolvere i primi due punti, ma il terzo non mi viene… Potrebbe aiutarmi? La ringrazio tanto!

Un reattore da 1,0 L a 90 °C contiene 8,00 g di zolfo e idrogeno e solfuro di idrogeno gassosi a pressioni parziali all’equilibrio pari, rispettivamente, a 6,0 atm e 0,40 atm:

H_2(g) + S_(s) = H₂S_(g)

1) Calcolare K per la reazione all’equilibrio.

2) La massa di zolfo viene aumentata a 10,0 g. Quali sono le pressioni parziali di H₂ e H₂S quando si ristabilisce l’equilibrio?

3) La pressione di H₂S viene aumentata a 1,0 atm. Quali sono le pressioni parziali di H₂ e H₂S quando si ristabilisce l’equilibrio?

Ecco l’aiuto:

L’equilibrio in questione è un equilibrio eterogeneo; il valore della sua costante è influenzato unicamente dai valori di concentrazione o di pressione delle specie gassose coinvolte. Se esprimiamo la costante di equilibrio in funzione delle pressioni parziali e ne calcoliamo il valore, si ottiene:

K_p = P_H2S / P_H2 = 0,40 atm / 6,0 atm = 0,067

Se non cambia la temperatura, tale valore non cambia, e non cambia neppure se si aumenta la quantità di zolfo solido dato che essa non incide sulla posizione dell’equilibrio; le pressioni parziali di H₂ e H₂S, pertanto, non variano.

Se si aumenta, invece, la pressione parziale di H₂S, il sistema reagisce contrapponendosi alla variazione apportata (ricorda il principio di Le Chatelier!); la conseguenza è che, a fronte di un aumento del prodotto di reazione, il sistema tende a consumarlo in modo da minimizzare la variazione apportata. Quando si raggiunge il nuovo equilibrio, pertanto, la pressione parziale di H₂S sarà certamente inferiore a 1,0 atm, ma sicuramente superiore a 0,40 atm; poiché l’H₂S si trasforma in H_2(g) e S_(s), aumenta invece la quantità di idrogeno e quindi la sua pressione parziale, a equilibrio raggiunto, sarà maggiore di 6,0 atm.

Per procedere al calcolo, devi indicare con x la diminuzione di pressione parziale di H₂S necessaria per raggiungere il nuovo stato di equilibrio, considerare che la pressione parziale di H₂ deve aumentare di una quantità pari a x (il rapporto molare di reazione H₂ / H₂S è 1 /1), e tenere presente che il valore della costante di equilibrio, non essendo variata la temperatura, resta lo stesso.

L’equazione che si ottiene e i calcoli relativi al nuovo stato di equilibrio sono questi:

P_H2S = (1,0 – x) atm        P_H2 = (6,0 + x) atm

P_H2S / P_H2 = (1 – x) / (6 + x) = 0,067

1,067 x = 0,6

x = 0,56

P_H2S = (1,0 – 0,56) = 0,44 atm

P_H2 = (6,0 + 0,56) = 6,56 atm

In conclusione, le pressioni parziali di H₂ e H₂S, espresse con il corretto numero di cifre significative, quando si ristabilisce di nuovo l’equilibrio sono, rispettivamente, 6,6 atm e 0,44 atm.