13.E : Concepts d'équilibre fondamentaux (exercices)

13.1 : Exercices d'équilibre chimique

Q13.1.1

Que signifie décrire une réaction comme « réversible » ?

ARTICLE 13.1.1

La réaction peut se dérouler à la fois dans le sens avant et dans le sens inverse.

Q13.1.2

Lors de l'écriture d'une équation, comment distingue-t-on une réaction réversible d'une réaction irréversible ?

Q13.1.3

Si une réaction est réversible, quand peut-on dire qu'elle a atteint l'équilibre ?

ARTICLE 13.1.3

Lorsqu'un système a atteint l'équilibre, aucune autre modification des concentrations de réactif et de produit ne se produit ; les réactions continuent de se produire, mais à des vitesses équivalentes.

Q13.1.4

Un système est-il en équilibre si les constantes de vitesse des réactions directe et inverse sont égales ?

Q13.1.5

Si les concentrations de produits et de réactifs sont égales, le système est-il en équilibre ?

ARTICLE 13.1.5

Le concept d'équilibre n'implique pas des concentrations égales, bien que cela soit possible.

13.2 : Exercices avec constantes d'équilibre

Q13.2.1

Expliquez pourquoi il peut y avoir un nombre infini de valeurs pour le quotient de réaction d'une réaction à une température donnée, alors qu'il ne peut y avoir qu'une seule valeur pour la constante d'équilibre à cette température.

Q13.2.2

Expliquez pourquoi un équilibre entre le Br ₂ (l) et le Br ₂ (g) ne serait pas établi si le contenant n'était pas un récipient fermé illustré ci-dessous :

ARTICLE 13.2.2

L'équilibre ne peut pas être établi entre la phase liquide et la phase gazeuse si l'on retire le bouchon de la bouteille parce que le système n'est pas fermé ; l'un des composants de l'équilibre, la vapeur de Br ₂, s'échapperait de la bouteille jusqu'à ce que tout le liquide disparaisse. Ainsi, une plus grande quantité de liquide s'évaporerait qu'il ne peut se condenser de la phase gazeuse à la phase liquide.

Q13.2.3

Si vous observez la réaction suivante à l'équilibre, est-il possible de savoir si la réaction a débuté avec du NO ₂ pur ou avec du N ₂ O ₄ pur ?

\[\ce{2NO2}(g) \rightleftharpoons \ce{N2O4}(g)\]

Q13.2.4

Parmi les règles de solubilité discutées précédemment figure l'énoncé suivant : Tous les chlorures sont solubles à l'exception du Hg ₂ Cl ₂, du AgCl, du PbCl ₂ et du CuCl.

Q13.2.5

1. (a) Écrivez l'expression de la constante d'équilibre de la réaction représentée par l'équation\(\ce{AgCl}(s) \rightleftharpoons \ce{Ag+}(aq)+\ce{Cl-}(aq)\). Est-ce que K _c est supérieur à 1, < 1 ou ≈ 1 ? Expliquez votre réponse.
2. (b) Écrivez l'expression de la constante d'équilibre pour la réaction représentée par l'équation\(\ce{Pb^2+}(aq)+\ce{2Cl-}(aq) \rightleftharpoons \ce{PbCl2}(s)\). Est-ce que K _c est supérieur à 1, < 1 ou ≈ 1 ? Expliquez votre réponse.

ARTICLE 13.2.5

(a) K _c = [Ag ⁺] [Cl ⁻] < 1 Le AgCl est insoluble ; par conséquent, les concentrations d'ions sont bien inférieures à 1 M ; (b)\(K_c=\ce{\dfrac{1}{[Pb^2+][Cl- ]^2}}\) > 1 parce que le PbCl ₂ est insoluble et que la formation du solide réduira la concentration des ions à un faible niveau (<1 M).

Q13.2.6

Parmi les règles de solubilité discutées précédemment figure l'énoncé suivant : les carbonates, les phosphates, les borates et les arsénates, à l'exception de ceux de l'ion ammonium et des métaux alcalins, sont insolubles.

1. Écrivez l'expression de la constante d'équilibre de la réaction représentée par l'équation\(\ce{CaCO3}(s) \rightleftharpoons \ce{Ca^2+}(aq)+\ce{CO3-}(aq)\). Est-ce que K _c est supérieur à 1, < 1 ou ≈ 1 ? Expliquez votre réponse.
2. Écrivez l'expression de la constante d'équilibre de la réaction représentée par l'équation\(\ce{3Ba^2+}(aq)+\ce{2PO4^3-}(aq) \rightleftharpoons \ce{Ba3(PO4)2}(s)\). Est-ce que K _c est supérieur à 1, < 1 ou ≈ 1 ? Expliquez votre réponse.

Q13.2.7

Le benzène est l'un des composés utilisés comme améliorateurs d'octane dans l'essence sans plomb. Il est fabriqué par conversion catalytique de l'acétylène en benzène :\(\ce{3C2H2}(g)⟶\ce{C6H6}(g)\). Quelle valeur de K _c rendrait cette réaction la plus utile sur le plan commercial ? K _c ≈ 0,01, K _c ≈ 1 ou K _c ≈ 10. Expliquez votre réponse.

ARTICLE 13.2.7

En\(K_c=\ce{\dfrac{[C6H6]}{[C2H2]^3}}\) effet, une valeur de K _c ≈ 10 signifie que C ₆ H ₆ prédomine sur C ₂ H ₂. Dans un tel cas, la réaction serait commercialement réalisable si le taux d'équilibre est approprié.

Q13.2.8

Montrez que l'équation chimique complète, l'équation ionique totale et l'équation ionique nette de la réaction représentée par l'équation\(\ce{KI}(aq)+\ce{I2}(aq) \rightleftharpoons \ce{KI3}(aq)\) donnent la même expression pour le quotient de réaction. KI ₃ est composé des ions K ⁺ et I ₃ ^-.

Q13.2.9

Pour qu'un titrage soit efficace, la réaction doit être rapide et le rendement de la réaction doit être essentiellement de 100 %. K _c est-il supérieur à 1, < 1 ou ≈ 1 pour une réaction de titrage ?

ARTICLE 13.2.9

K _x > 1

Q13.2.10

Pour qu'une réaction de précipitation soit utile dans une analyse gravimétrique, le produit de la réaction doit être insoluble. K _c est-il supérieur à 1, < 1 ou ≈ 1 pour une réaction de précipitation utile ?

Q13.2.11

Écrivez l'expression mathématique du quotient de réaction, Q _c, pour chacune des réactions suivantes :

1. \(\ce{CH4}(g)+\ce{Cl2}(g) \rightleftharpoons \ce{CH3Cl}(g)+\ce{HCl}(g)\)
2. \(\ce{N2}(g)+\ce{O2}(g) \rightleftharpoons \ce{2NO}(g)\)
3. \(\ce{2SO2}(g)+\ce{O2}(g) \rightleftharpoons \ce{2SO3}(g)\)
4. \(\ce{BaSO3}(s) \rightleftharpoons \ce{BaO}(s)+\ce{SO2}(g)\)
5. \(\ce{P4}(g)+\ce{5O2}(g) \rightleftharpoons \ce{P4O10}(s)\)
6. \(\ce{Br2}(g) \rightleftharpoons \ce{2Br}(g)\)
7. \(\ce{CH4}(g)+\ce{2O2}(g) \rightleftharpoons \ce{CO2}(g)+\ce{2H2O}(l)\)
8. \(\ce{CuSO4⋅5H2O}(s) \rightleftharpoons \ce{CuSO4}(s)+\ce{5H2O}(g)\)

13.2.11

(a)\(Q_c=\ce{\dfrac{[CH3Cl][HCl]}{[CH4][Cl2]}}\) ; (b)\(Q_c=\ce{\dfrac{[NO]^2}{[N2][O2]}}\) ; (c)\(Q_c=\ce{\dfrac{[SO3]^2}{[SO2]^2[O2]}}\) ; (d)\(Q_c\) = [SO ₂] ; (e)\(Q_c=\ce{\dfrac{1}{[P4][O2]^5}}\) ; (f)\(Q_c=\ce{\dfrac{[Br]^2}{[Br2]}}\) ; (g)\(Q_c=\ce{\dfrac{[CO2]}{[CH4][O2]^2}}\) ; (h)\(Q_c\) = [H ₂ O] ⁵

Q13.2.12

Écrivez l'expression mathématique du quotient de réaction, Q _c, pour chacune des réactions suivantes :

1. \(\ce{N2}(g)+\ce{3H2}(g) \rightleftharpoons \ce{2NH3}(g)\)
2. \(\ce{4NH3}(g)+\ce{5O2}(g) \rightleftharpoons \ce{4NO}(g)+\ce{6H2O}(g)\)
3. \(\ce{N2O4}(g) \rightleftharpoons \ce{2NO2}(g)\)
4. \(\ce{CO2}(g)+\ce{H2}(g) \rightleftharpoons \ce{CO}(g)+\ce{H2O}(g)\)
5. \(\ce{NH4Cl}(s) \rightleftharpoons \ce{NH3}(g)+\ce{HCl}(g)\)
6. \(\ce{2Pb(NO3)2}(s) \rightleftharpoons \ce{2PbO}(s)+\ce{4NO2}(g)+\ce{O2}(g)\)
7. \(\ce{2H2}(g)+\ce{O2}(g) \rightleftharpoons \ce{2H2O}(l)\)
8. \(\ce{S8}(g) \rightleftharpoons \ce{8S}(g)\)

ARTICLE 13.2.12

Les concentrations ou pressions initiales des réactifs et des produits sont données pour chacun des systèmes suivants. Calculez le quotient de réaction et déterminez la direction dans laquelle chaque système évoluera pour atteindre l'équilibre.

1. \(\ce{2NH3}(g) \rightleftharpoons \ce{N2}(g)+\ce{3H2}(g) \hspace{20px} K_c=17\); [NH ₃] = 0,20 M, [N ₂] = 1,00 M, [H ₂] = 1,00 M
2. \(\ce{2NH3}(g) \rightleftharpoons \ce{N2}(g)+\ce{3H2}(g) \hspace{20px} K_P=6.8×10^4\); pressions initiales : NH ₃ = 3,0 atm, N ₂ = 2,0 atm, H ₂ = 1,0 atm
3. \(\ce{2SO3}(g) \rightleftharpoons \ce{2SO2}(g)+\ce{O2}(g) \hspace{20px} K_c=0.230\); [SO ₃] = 0,00 M, [SO ₂] = 1,00 M, [O ₂] = 1,00 M
4. \(\ce{2SO3}(g) \rightleftharpoons \ce{2SO2}(g)+\ce{O2}(g) \hspace{20px} K_P=16.5\); pressions initiales : SO ₃ = 1,00 atm, SO ₂ = 1,00 atm, O ₂ = 1,00 atm
5. \(\ce{2NO}(g)+\ce{Cl2}(g) \rightleftharpoons \ce{2NOCl}(g) \hspace{20px} K_c=4.6×10^4\); [NO] = 1,00 M, [Cl ₂] = 1,00 M, [NOcl] = 0 M
6. \(\ce{N2}(g)+\ce{O2}(g) \rightleftharpoons \ce{2NO}(g) \hspace{20px} K_P=0.050\); pressions initiales : NO = 10,0 atm, N ₂ = O ₂ = 5 atm

ARTICLE 13.2.13

(a)\(Q_c\) 25 avance vers la gauche ; (b) Q _P 0,22 va vers la droite ; (c)\(Q_c\) indéfini passe à gauche ; (d) Q _P 1,00 va vers la droite ; (e) Q _P 0 va vers la droite ; (f)\(Q_c\) 4 va vers la gauche

Q13.2.14

Les concentrations ou pressions initiales des réactifs et des produits sont données pour chacun des systèmes suivants. Calculez le quotient de réaction et déterminez la direction dans laquelle chaque système évoluera pour atteindre l'équilibre.

1. \(\ce{2NH3}(g) \rightleftharpoons \ce{N2}(g)+\ce{3H2}(g) \hspace{20px} K_c=17\); [NH ₃] = 0,50 M, [N ₂] = 0,15 M, [H ₂] = 0,12 M
2. \(\ce{2NH3}(g) \rightleftharpoons \ce{N2}(g)+\ce{3H2}(g) \hspace{20px} K_P=6.8×10^4\); pressions initiales : NH ₃ = 2,00 atm, N ₂ = 10,00 atm, H ₂ = 10,00 atm
3. \(\ce{2SO3}(g) \rightleftharpoons \ce{2SO2}(g)+\ce{O2}(g) \hspace{20px} K_c=0.230\); [SO ₃] = 2,00 M, [SO ₂] = 2,00 M, [O ₂] = 2,00 M
4. \(\ce{2SO3}(g) \rightleftharpoons \ce{2SO2}(g)+\ce{O2}(g) \hspace{20px} K_P=\mathrm{6.5\:atm}\); pressions initiales : SO ₂ = 1,00 atm, O ₂ = 1,130 atm, SO ₃ = 0 atm
5. \(\ce{2NO}(g)+\ce{Cl2}(g) \rightleftharpoons \ce{2NOCl}(g) \hspace{20px} K_P=2.5×10^3\); pressions initiales : NO = 1,00 atm, Cl ₂ = 1,00 atm, NOCl = 0 atm
6. \(\ce{N2}(g)+\ce{O2}(g) \rightleftharpoons \ce{2NO}(g) \hspace{20px} K_c=0.050\); [N ₂] = 0,100 M, [O ₂] = 0,200 M, [NON] = 1,00 M

Q13.2.15

La réaction suivante a K _P = 4,50 × 10 ⁻⁵ à 720 K.

\[\ce{N2}(g)+\ce{3H2}(g) \rightleftharpoons \ce{2NH3}(g)\]

Si un réacteur est rempli de chaque gaz aux pressions partielles indiquées, dans quelle direction va-t-il se déplacer pour atteindre l'équilibre ? P (NH ₃) = 93 atm, P (N ₂) = 48 atm et P (H ₂) = 52

ARTICLE 13.2.15

Le système se déplacera vers les réactifs pour atteindre l'équilibre.

Q13.2.16

Déterminez si le système suivant est en équilibre. Sinon, dans quelle direction le système devra-t-il évoluer pour atteindre l'équilibre ?

\(\ce{SO2Cl2}(g) \rightleftharpoons \ce{SO2}(g)+\ce{Cl2}(g)\)

[SO ₂ Cl ₂] = 0,12 M, [Cl ₂] = 0,16 M et [SO ₂] = 0,050 M. K _c pour la réaction est de 0,078.

Q13.2.17

Lequel des systèmes décrits dans Exercice donne des équilibres homogènes ? Qui donnent des équilibres hétérogènes ?

13.2.17

(a) homogène ; (b) homogène ; (c) homogène ; (d) hétérogène ; (e) hétérogène ; (f) homogène ; (g) hétérogène ; (h) hétérogène

Q13.2.18

Lequel des systèmes décrits dans Exercice donne des équilibres homogènes ? Qui donnent des équilibres hétérogènes ?

Q13.2.19

Pour laquelle des réactions de l'exercice K _c (calculé à l'aide de concentrations) est-il égal à K _P (calculé à l'aide de pressions) ?

ARTICLE 13.2.19

Cette situation se produit en (a) et (b).

Q13.2.19

Pour laquelle des réactions de l'exercice K _c (calculé à l'aide de concentrations) est-il égal à K _P (calculé à l'aide de pressions) ?

Q13.2.20

Convertissez les valeurs de K _c en valeurs de K _P ou les valeurs de K _P en valeurs de K _c.

1. \(\ce{N2}(g)+\ce{3H2}(g) \rightleftharpoons \ce{2NH3}(g) \hspace{20px} K_c=\textrm{0.50 at 400°C}\)
2. \(\ce{H2 + I2 \rightleftharpoons 2HI} \hspace{20px} K_c=\textrm{50.2 at 448°C}\)
3. \(\ce{Na2SO4⋅10H2O}(s) \rightleftharpoons \ce{Na2SO4}(s)+\ce{10H2O}(g) \hspace{20px} K_P=4.08×10^{−25}\textrm{ at 25°C}\)
4. \(\ce{H2O}(l) \rightleftharpoons \ce{H2O}(g) \hspace{20px} K_P=\textrm{0.122 at 50°C}\)

ARTICLE 13.2.20

(a) K _P = 1,6 × 10 ⁻⁴ ; (b) K _P = 50,2 ; (c) K _c = 5,31 × 10 ⁻³⁹ ; (d) K _c = 4,60 × 10 ⁻³

Q13.2.21

Convertissez les valeurs de K _c en valeurs de K _P ou les valeurs de K _P en valeurs de K _c.

1. \(\ce{Cl2}(g)+\ce{Br2}(g) \rightleftharpoons \ce{2BrCl}(g) \hspace{20px} K_c=4.7×10^{−2}\textrm{ at 25°C}\)
2. \(\ce{2SO2}(g)+\ce{O2}(g) \rightleftharpoons \ce{2SO3}(g) \hspace{20px} K_P=\textrm{48.2 at 500°C}\)
3. \(\ce{CaCl2⋅6H2O}(s) \rightleftharpoons \ce{CaCl2}(s)+\ce{6H2O}(g) \hspace{20px} K_P=5.09×10^{−44}\textrm{ at 25°C}\)
4. \(\ce{H2O}(l) \rightleftharpoons \ce{H2O}(g) \hspace{20px} K_P=\textrm{0.196 at 60°C}\)

Q13.2.2

Quelle est la valeur de l'expression de la constante d'équilibre pour le changement\(\ce{H2O}(l) \rightleftharpoons \ce{H2O}(g)\) à 30 °C ?

ARTICLE 13.2.2

\[K_P=P_{\ce{H2O}}=0.042.\]

Q13.2.23

Ecrire l'expression du quotient de réaction pour l'ionisation du HOCN dans l'eau.

Q13.2.24

Ecrire l'expression du quotient de réaction pour l'ionisation du NH ₃ dans l'eau.

ARTICLE 13.2.24

\[Q_c=\ce{\dfrac{[NH4+][OH- ]}{[HN3]}}\]

Q13.2.25

Quelle est la valeur approximative de la constante d'équilibre K _P pour le changement\(\ce{C2H5OC2H5}(l) \rightleftharpoons \ce{C2H5OC2H5}(g)\) à 25 °C ? (La pression de vapeur a été décrite dans le chapitre précédent sur les liquides et les solides ; reportez-vous à ce chapitre pour trouver les informations pertinentes nécessaires pour résoudre ce problème.)

13.3 : Exercices Shifting Equilbria

Q13.3.1

L'équation suivante représente une décomposition réversible :

\(\ce{CaCO3}(s)\rightleftharpoons\ce{CaO}(s)+\ce{CO2}(g)\)

Dans quelles conditions la décomposition dans un récipient fermé se terminera-t-elle afin qu'il ne reste plus de CaCO ₃ ?

ARTICLE 13.3.1

La quantité de CaCO ₃ doit être si faible qu'elle\(P_{\ce{CO2}}\) est inférieure à K _P lorsque le CaCO ₃ est complètement décomposé. En d'autres termes, la quantité initiale de CaCO ₃ ne peut pas générer complètement la totalité\(P_{\ce{CO2}}\) requise pour l'équilibre.

Q13.3.2

Expliquer comment reconnaître les conditions dans lesquelles les variations de pression peuvent affecter les systèmes à l'équilibre.

Q13.3.3

Quelle propriété d'une réaction pouvons-nous utiliser pour prédire l'effet d'un changement de température sur la valeur d'une constante d'équilibre ?

ARTICLE 13.3.3

Le changement d'enthalpie peut être utilisé. Si la réaction est exothermique, la chaleur produite peut être considérée comme un produit. Si la réaction est endothermique, la chaleur ajoutée peut être considérée comme un réactif. La chaleur supplémentaire déplacerait une réaction exothermique vers les réactifs, mais déplacerait une réaction endothermique vers les produits. Le refroidissement d'une réaction exothermique provoque le déplacement de la réaction vers le côté produit ; le refroidissement d'une réaction endothermique provoquerait son déplacement vers le côté des réactifs.

Q13.3.4

Qu'adviendrait-il de la couleur de la solution dans la partie (b) de la figure si une petite quantité de NaOH était ajoutée et que du Fe (OH) 3 précipitait ? Expliquez votre réponse.

Q13.3.5

La réaction suivante se produit lorsqu'un brûleur d'une cuisinière à gaz est allumé :

\(\ce{CH4}(g)+\ce{2O2}(g)\rightleftharpoons\ce{CO2}(g)+\ce{2H2O}(g)\)

Un équilibre entre le CH ₄, l'O ₂, le CO ₂ et l'H ₂ O est-il établi dans ces conditions ? Expliquez votre réponse.

ARTICLE 13.3.5

Non, il n'est pas à l'équilibre. Comme le système n'est pas confiné, les produits s'échappent continuellement de la zone de la flamme ; des réactifs sont également ajoutés en continu à partir du brûleur et de l'atmosphère environnante.

Q13.3.6

Une étape nécessaire à la fabrication de l'acide sulfurique est la formation de trioxyde de soufre, SO3, à partir du dioxyde de soufre, SO2, et de l'oxygène, O2, présentés ici. À des températures élevées, le taux de formation de SO3\(\ce{SO3 }\) est plus élevé, mais la quantité d'équilibre (concentration ou pression partielle) de SO3 est inférieure à ce qu'elle serait à des températures plus basses.

\[\ce{2SO2}(g)+\ce{O2}(g)⟶\ce{2SO3}(g)\]

1. (a) La constante d'équilibre de la réaction augmente-t-elle, diminue-t-elle ou demeure-t-elle à peu près la même lorsque la température augmente ?
2. (b) La réaction est-elle endothermique ou exothermique ?

Q13,3.7 a

Suggérer quatre manières d'augmenter la concentration d'hydrazine, N ₂ H ₄, dans un équilibre décrit par l'équation suivante :

\[\ce{N2}(g)+\ce{2H2}(g)\rightleftharpoons\ce{N2H4}(g) \hspace{20px} ΔH=\ce{95\:kJ}\]

S13.3.7 a

Ajouter N ₂ ; ajouter H ₂ ; diminuer le volume du récipient ; chauffer le mélange.

Q13,3,7 b

Suggérez quatre manières d'augmenter la concentration de PH ₃ dans un équilibre décrit par l'équation suivante :

\[\ce{P4}(g)+\ce{6H2}(g)\rightleftharpoons\ce{4PH3}(g) \hspace{20px} ΔH=\mathrm{110.5\:kJ}\]

Q13.3.8

Comment une augmentation de température affectera-t-elle chacun des équilibres suivants ? Comment la diminution du volume de la cuve de réaction affectera-t-elle chacune d'elles ?

1. \(\ce{2NH3}(g)\rightleftharpoons\ce{N2}(g)+\ce{3H2}(g) \hspace{20px} ΔH=\mathrm{92\:kJ}\)
2. \(\ce{N2}(g)+\ce{O2}(g)\rightleftharpoons\ce{2NO}(g) \hspace{20px} ΔH=\mathrm{181\:kJ}\)
3. \(\ce{2O3}(g)\rightleftharpoons\ce{3O2}(g) \hspace{20px} ΔH=\mathrm{−285\:kJ}\)
4. \(\ce{CaO}(s)+\ce{CO2}(g)\rightleftharpoons\ce{CaCO3}(s) \hspace{20px} ΔH=\mathrm{-176\:kJ}\)

ARTICLE 13.3.8

(a) Δ T augmentation = décalage vers la droite, Δ P augmentation = décalage vers la gauche ; (b) Δ T augmentation = décalage vers la droite, Δ P augmentation = aucun effet ; (c) Δ T augmentation = décalage vers la gauche, Δ P augmentation = décalage vers la gauche ; (d) Δ T augmentation = décalage vers la gauche, Δ P augmentation = décalage vers la droite.

Q13.3.9

Comment une augmentation de température affectera-t-elle chacun des équilibres suivants ? Comment la diminution du volume de la cuve de réaction affectera-t-elle chacune d'elles ?

1. \(\ce{2H2O}(g)\rightleftharpoons\ce{2H2}(g)+\ce{O2}(g) \hspace{20px} ΔH=\ce{484\:kJ}\)
2. \(\ce{N2}(g)+\ce{3H2}(g)\rightleftharpoons\ce{2NH3}(g) \hspace{20px} ΔH=\mathrm{-92.2\:kJ}\)
3. \(\ce{2Br}(g)\rightleftharpoons\ce{Br2}(g) \hspace{20px} ΔH=\mathrm{-224\:kJ}\)
4. \(\ce{H2}(g)+\ce{I2}(s)\rightleftharpoons\ce{2HI}(g) \hspace{20px} ΔH=\ce{53\:kJ}\)

Q13.3.10

Le gaz d'eau est un mélange 1:1 de monoxyde de carbone et d'hydrogène. Il est appelé gaz eau parce qu'il se forme à partir de vapeur et de charbon chaud lors de la réaction suivante :

\[\ce{H2O}(g)+\ce{C}(s)\rightleftharpoons\ce{H2}(g)+\ce{CO}(g).\]

Le méthanol, un combustible liquide qui pourrait éventuellement remplacer l'essence, peut être préparé à partir d'eau, de gaz et d'hydrogène à haute température et pression en présence d'un catalyseur approprié.

1. Ecrivez l'expression de la constante d'équilibre (\(K_c\)) pour la réaction réversible\[\ce{2H2}(g)+\ce{CO}(g)\rightleftharpoons\ce{CH3OH}(g) \hspace{20px} ΔH=\mathrm{-90.2\:kJ}\]
2. Qu'adviendra-t-il des concentrations de\(\ce{H2}\) H 2 et\(\ce{CH3OH}\) à l'équilibre si davantage de H ₂ est ajouté ?\(\ce{CO}\)
3. Qu'adviendra-t-il des concentrations de H et\(\ce{H2}\)\(\ce{CO}\),\(\ce{CH3OH}\) à l'équilibre, si le CO est éliminé ?
4. Qu'adviendra-t-il des concentrations de\(\ce{H2}\) CH 3\(\ce{CO}\) OH et\(\ce{CH3OH}\) à l'équilibre si l'on ajoute du CH ₃ OH ?
5. Qu'adviendra-t-il des concentrations de H\(\ce{H2}\)\(\ce{CO}\), et\(\ce{CH3OH}\) à l'équilibre si la température du système augmente ?
6. Qu'adviendra-t-il des concentrations de\(\ce{H2}\) catalyseur et\(\ce{CH3OH}\) à l'équilibre si davantage de catalyseur est ajouté ?\(\ce{CO}\)

ARTICLE 13.3.10

1. \(K_c=\ce{\dfrac{[CH3OH]}{[H2]^2[CO]}}\);
2. [H ₂] augmente, [CO] diminue, [CH ₃ OH] augmente ;
3. [H ₂] augmente, [CO] diminue, [CH ₃ OH] diminue ;
4. [H ₂] augmente, [CO] augmente, [CH ₃ OH] augmente ;
5. [H ₂] augmente, [CO] augmente, [CH ₃ OH] diminue ;
6. aucun changement.

Q13.3.11

L'azote et l'oxygène réagissent à des températures élevées.

1. Ecrire l'expression de la constante d'équilibre (Kc) pour la réaction réversible\[\ce{N2}(g)+\ce{O2}(g)\rightleftharpoons\ce{2NO}(g)\hspace{20px}ΔH=\ce{181\:kJ}\]
2. Qu'adviendra-t-il des concentrations de N ₂, O ₂ et NO à l'équilibre si davantage d'O ₂ est ajouté ?
3. Qu'adviendra-t-il des concentrations de N ₂, d'O ₂ et de NO à l'équilibre si le N ₂ est éliminé ?
4. Qu'adviendra-t-il des concentrations de N ₂, O ₂ et NO à l'équilibre si du NO est ajouté ?
5. Qu'adviendra-t-il des concentrations de N ₂, O ₂ et NO à l'équilibre si la pression sur le système est augmentée en réduisant le volume de la cuve de réaction ?
6. Qu'adviendra-t-il des concentrations de N _{2, O 2} et NO à l'équilibre si la température du système augmente ?
7. Qu'adviendra-t-il des concentrations de N ₂, O ₂ et NO à l'équilibre si un catalyseur est ajouté ?

Q13.3.12

L'eau gazeuse, un mélange de H ₂ et de CO, est un combustible industriel important produit par la réaction de la vapeur avec du coke rouge, essentiellement du carbone pur.

1. Ecrire l'expression de la constante d'équilibre de la réaction réversible\[\ce{C}(s)+\ce{H2O}(g)\rightleftharpoons\ce{CO}(g)+\ce{H2}(g)\hspace{20px}ΔH=\mathrm{131.30\:kJ}\]
2. Qu'adviendra-t-il de la concentration de chaque réactif et produit à l'équilibre si davantage de C est ajouté ?
3. Qu'adviendra-t-il de la concentration de chaque réactif et produit à l'équilibre si l'on élimine H ₂ O ?
4. Qu'adviendra-t-il de la concentration de chaque réactif et produit à l'équilibre si du CO est ajouté ?
5. Qu'adviendra-t-il de la concentration de chaque réactif et produit à l'équilibre si la température du système augmente ?

ARTICLE 13.3.12

(a)\(K_c=\ce{\dfrac{[CO][H2]}{[H2O]}}\) ; (b) [H ₂ O] pas de changement, [CO] pas de changement, [H ₂] pas de changement ; (c) [H ₂ O] diminue, [CO] diminue, [H ₂] diminue ; (d) [H ₂ O] augmente, [CO] augmente, [CO] augmente, [H ₂] diminue ; (f) [H ₂ O] diminue, [CO] augmente, [H 2] ₂] augmente. En (b), (c), (d) et (e), la masse de carbone changera, mais sa concentration (activité) ne changera pas.

Q13.3.13

Le fer métallique pur peut être produit par réduction de l'oxyde de fer (III) avec de l'hydrogène gazeux.

1. Ecrire l'expression de la constante d'équilibre (K _c) pour la réaction réversible\[\ce{Fe2O3}(s)+\ce{3H2}(g)\rightleftharpoons\ce{2Fe}(s)+\ce{3H2O}(g) \hspace{20px} ΔH=\mathrm{98.7\:kJ}\]
2. Qu'adviendra-t-il de la concentration de chaque réactif et produit à l'équilibre si davantage de Fe est ajouté ?
3. Qu'adviendra-t-il de la concentration de chaque réactif et produit à l'équilibre si l'on élimine H ₂ O ?
4. Qu'adviendra-t-il de la concentration de chaque réactif et produit à l'équilibre si de l'H ₂ est ajouté ?
5. Qu'adviendra-t-il de la concentration de chaque réactif et produit à l'équilibre si la pression sur le système est augmentée en réduisant le volume de la cuve de réaction ?
6. Qu'adviendra-t-il de la concentration de chaque réactif et produit à l'équilibre si la température du système augmente ?

Q13.3.14

L'ammoniac est une base faible qui réagit avec l'eau selon cette équation :

\[\ce{NH3}(aq)+\ce{H2O}(l)\rightleftharpoons\ce{NH4+}(aq)+\ce{OH-}(aq)\]

L'un des éléments suivants augmentera-t-il le pourcentage d'ammoniac converti en ion ammonium dans l'eau et pourquoi ?

1. Ajout de NaOH
2. Ajout de HCl
3. Ajout de NH ₄ Cl

ARTICLE 13.3.14

Seulement (b)

Q13.3.15

L'acide acétique est un acide faible qui réagit avec l'eau selon cette équation :

\[\ce{CH3CO2H}(aq)+\ce{H2O}(aq)\rightleftharpoons\ce{H3O+}(aq)+\ce{CH3CO2-}(aq)\]

L'un des éléments suivants augmentera-t-il le pourcentage d'acide acétique qui réagit et produit des\(\ce{CH3CO2-}\) ions ?

1. Ajout de HCl
2. Ajout de NaOH
3. Ajout de NaCH ₃ CO ₂

Q13.3.16

Suggérez deux manières de réduire la concentration d'équilibre d'Ag+ dans une solution de Na ⁺, de Cl ⁻, d'Ag ⁺ et\(\ce{NO3-}\), en contact avec de l'AgCl solide.

\(\ce{Na+}(aq)+\ce{Cl-}(aq)+\ce{Ag+}(aq)+\ce{NO3-}(aq)\rightleftharpoons\ce{AgCl}(s)+\ce{Na+}(aq)+\ce{NO3-}(aq)\)

\(ΔH=\mathrm{−65.9\:kJ}\)

S13.3.16

Ajoutez du NaCl ou un autre sel qui produit du Cl− à la solution. Le refroidissement de la solution force l'équilibre vers la droite, précipitant davantage de AgCl (s).

Q13.3.17

Comment augmenter la pression de la vapeur d'eau dans l'équilibre suivant ?

\[\ce{H2O}(l)\rightleftharpoons\ce{H2O}(g) \hspace{20px} ΔH=\ce{41\:kJ}\]

Q13.3.18

Du sulfate d'argent solide supplémentaire, un solide légèrement soluble, est ajouté à une solution d'ions argent et d'ion sulfate en équilibre avec du sulfate d'argent solide.

\[\ce{2Ag+}(aq)+\ce{SO4^2-}(aq)\rightleftharpoons\ce{Ag2SO4}(s)\]

Lequel des événements suivants se produira ?

1. L'Ag ⁺ ou\(\ce{SO4^2-}\) les concentrations ne changeront pas.
2. Le sulfate d'argent ajouté se dissoudra.
3. Du sulfate d'argent supplémentaire se forme et précipite à partir de la solution lorsque les ions et\(\ce{SO4^2-}\) les ions Ag ⁺ se combinent.
4. La concentration en ions Ag ⁺ augmentera et la concentration en\(\ce{SO4^2-}\) ions diminuera.

S13.3.18

(a)

Q13.3.19

L'acide aminé alanine possède deux isomères, l'α-alanine et la β-alanine. Lorsque des masses égales de ces deux composés sont dissoutes dans des quantités égales d'un solvant, la solution d'α-alanine gèle à la température la plus basse. Quelle forme, α-alanine ou β-alanine, possède la plus grande constante d'équilibre pour l'ionisation\(\ce{(HX \rightleftharpoons H+ + X- )}\) ?

13.4 : Exercices de calculs d'équilibre

Q13.4.1

Une réaction est représentée par cette équation :\(\ce{A}(aq)+\ce{2B}(aq)⇌\ce{2C}(aq) \hspace{20px} K_c=1×10^3\)

1. Ecrivez l'expression mathématique de la constante d'équilibre.
2. En utilisant des concentrations ≤ 1 M, établissez deux ensembles de concentrations qui décrivent un mélange de A, B et C à l'équilibre.

ARTICLE 13.4.1

\(K_c=\ce{\dfrac{[C]^2}{[A][B]^2}}\). [A] = 0,1 M, [B] = 0,1 M, [C] = 1 M ; et [A] = 0,01, [B] = 0,250, [C] = 0,791.

Q13.4.2

Une réaction est représentée par cette équation :\(\ce{2W}(aq)⇌\ce{X}(aq)+\ce{2Y}(aq) \hspace{20px} K_c=5×10^{−4}\)

1. Ecrivez l'expression mathématique de la constante d'équilibre.
2. À l'aide de concentrations ≤ 1 M, établissez deux ensembles de concentrations qui décrivent un mélange de W, X et Y à l'équilibre.

Q13.4.3

Quelle est la valeur de la constante d'équilibre à 500 °C pour la formation de NH ₃ selon l'équation suivante ?

\[\ce{N2}(g)+\ce{3H2}(g)⇌\ce{2NH3}(g)\]

Un mélange équilibré de NH ₃ (g), H ₂ (g) et N ₂ (g) à 500 °C contient 1,35 M H ₂, 1,15 M N ₂ et 4,12 × 10 ⁻¹ M NH ₃.

ARTICLE 13.4.3

K _c = 6,00 × 10 ⁻²

Q13.4.4

L'hydrogène est préparé commercialement par la réaction du méthane et de la vapeur d'eau à des températures élevées.

\[\ce{CH4}(g)+\ce{H2O}(g)⇌\ce{3H2}(g)+\ce{CO}(g)\]

Quelle est la constante d'équilibre de la réaction si un mélange à l'équilibre contient des gaz aux concentrations suivantes : CH ₄, 0,126 M ; H ₂ O, 0,242 M ; CO, 0,126 M ; H ₂ 1,15 M, à une température de 760 °C ?

Un échantillon de 0,72 mol de pCl ₅ est placé dans un récipient de 1 L et chauffé. À l'équilibre, le récipient contient 0,40 mol de PCl ₃ (g) et 0,40 mol de Cl ₂ (g). Calculez la valeur de la constante d'équilibre pour la décomposition du PCl ₅ en pCl ₃ et en Cl ₂ à cette température.

ARTICLE 13.4.4

K _c = 0,50

Q13.4.5

À 1 atm et à 25 °C, le NO ₂ avec une concentration initiale de 1,00 M est décomposé en NO et O ₂ à 3,3 × 10 ^-3 %. Calculez la valeur de la constante d'équilibre de la réaction.

\[\ce{2NO2}(g)⇌\ce{2NO}(g)+\ce{O2}(g)\]

Q13.4.6

Calculez la valeur de la constante d'équilibre K _P pour la réaction\(\ce{2NO}(g)+\ce{Cl2}(g)⇌\ce{2NOCl}(g)\) à partir de ces pressions d'équilibre : NO, 0,050 atm ; Cl ₂, 0,30 atm ; NOCl, 1,2 atm.

ARTICLE 13.4.6

L'équation d'équilibre est K _P = 1,9 × 10 ³

Q13.4.7

Lorsqu'elle est chauffée, la vapeur d'iode se dissocie selon cette équation :

\[\ce{I2}(g)⇌\ce{2I}(g)\]

À 1274 K, un échantillon présente une pression partielle de I ₂ de 0,1122 atm et une pression partielle due aux atomes I de 0,1378 atm. Déterminer la valeur de la constante d'équilibre, K _P, pour la décomposition à 1274 K.

Q13.4.8

Un échantillon de chlorure d'ammonium a été chauffé dans un récipient fermé.

\[\ce{NH4Cl}(s)⇌\ce{NH3}(g)+\ce{HCl}(g)\]

À l'équilibre, la pression du NH ₃ (g) s'est révélée être de 1,75 atm. Quelle est la valeur de la constante d'équilibre K _P pour la décomposition à cette température ?

ARTICLE 13.4.8

K _P = 3,06

Q13.4.9

À une température de 60 °C, la pression de vapeur de l'eau est de 0,196 atm. Quelle est la valeur de la constante d'équilibre K _P pour la transformation à 60 °C ?

\[\ce{H2O}(l)⇌\ce{H2O}(g)\]

Q13.4.10

Compléter les modifications des concentrations (ou de la pression, si nécessaire) pour chacune des réactions suivantes.

(a)

\ (\ begin {alignat} {3}
& \ ce {2SO3} (g) \ :&& \ ce {2SO2} (g) + \ :&& \ ce {O2} (g) \ \
& \ souligner {\ hspace {40px}} && \ underline {\ hspace {40px}} &&+x \ \
& \ souligner {\ hspace {40px}} && souligner {\ hspace {40 px}} &&0,125 \ :M
\ end {aligner} \)

(b)

\ (\ begin {alignat} {3}
& \ ce {4NH3} (g) + \ :&& \ ce {3O2} (g) \ :&& \ ce {2N2} (g) + \ :&& ce {6H2O} (g) \ \
& \ souligner {\ hspace {40px}} &&3x && \ underline {\ hspace {40px}} \ && souligner {\ hspace {40px}} \ \
& \ underline {\ hspace {40px}} && amp ; 0,24 \ :M && \ underline {\ hspace {40px}} && \ underline {\ hspace {40px}}
 \ end {alignat} \)

(c) Variation de pression :

\ (\ begin {alignat} {3}
& \ ce {2CH4} (g) \ :&& \ ce {C2H2} (g) + \ :&& \ ce {3H2} (g) \ \
& \ souligner {\ hspace {40px}} &x && \ underline {\ hspace {40px}}} \ \
& \ souligner {\ hspace {40px}} && \ textrm {25 torr} && \ underline {\ hspace {40px}}
\ end {aligner} \)

d) Variation de pression :

\ (\ begin {alignat} {3}
& \ ce {CH4} (g) + \ :&& \ ce {H2O} (g) \ :&& \ ce {CO} (g) + \ :&& \ ce {3H2} (g) \ \
& \ underline {\ hspace {40px}} &x && \ souligné {\ hspace {40px}} && \ underline {\ h espace {40 px}} \ \
& \ souligner {\ hspace {40 px}} && \ textrm {5 atm} && \ underline {\ hspace {40px}} && \ underline {\ hspace {40px}}
 \ end {alignat} \)

(e)

\ (\ begin {alignat} {3}
& \ ce {NH4Cl} (s) \ :&& \ ce {NH3} (g) + \ :&& \ ce {HCl} (g) \ \
& &x && \ underline {\ hspace {40px}} \ \
& &&1,03 × 10^ {−4} \ :M && \ underline {\ hspace {40px}}
 \ end {aligner} \)

f) changement de pression :

\ (\ begin {alignat} {3}
& \ ce {Ni} (s) + \ :&& \ ce {4CO} (g) \ :&& \ ce {Ni (CO) 4} (g) \ \
& &4x && \ underline {\ hspace {40px}} \ \
& && \ textrm {0,40 atm} && \ underline {\ hspace {40px}}
 \ end {aligner} (\)

ARTICLE 13.4.10

1. −2 x, 2 x, −0,250 M, 0,250 M ;
2. 4 x, −2 x, −6 x, 0,32 M, −0,16 M, −0,48 M ;
3. −2 x, 3 x, −50 torr, 75 torr ;
4. x, − x, -3 x, 5 atm, -5 atm, −15 atm ;
5. x, 1,03 × 10 ⁻⁴ M ; (f) x, 0,1 atm.

Q13.4.11

Compléter les modifications des concentrations (ou de la pression, si nécessaire) pour chacune des réactions suivantes.

(a)

\ (\ begin {alignat} {3}
& \ ce {2H2} (g) + \ :&& \ ce {O2} (g) \ :&& \ ce {2H2O} (g) \ \
& \ souligner {\ hspace {40px}} && \ underline {\ hspace {40px}} &&+2x \ \
& \ souligner {\ hspace {40px}} && souligner {\ hspace {40 px}} &&1,50 \ :M
\ end {aligner} \)

(b)

\ (\ begin {alignat} {3}
& \ ce {CS2} (g) + \ :&& \ ce {4H2} (g) \ :&& \ ce {CH4} (g) + \ :&& \ ce {2H2S} (g) \ \
&x && \ underline {\ hspace {40px}} && \ underline {\ hspace {40px}} && \ souligné {\ hspace {40px}} && \ underline {\ hspace {40px}} \ \
&0,020 \ :M & \ underline {\ hspace {40px}} && \ underline {\ hspace {40px}} && \ underline {\ hspace {40px}}
 \ end {alignat} \)

(c) Variation de pression :

\ (\ begin {alignat} {3}
& \ ce {H2} (g) + \ :&& \ ce {Cl2} (g) \ :&& \ ce {2HCl} (g) \ \
&x && \ underline {\ hspace {40px}} && \ underline {\ hspace {40px}} \ \ & \ textrm {1,50 atm} && \ soulignement {\ hspace {40px}} \ \
& \ textrm {1,50 atm} && \ souligné {\ hspace {40 px}} && \ underline {\ hspace {40 px}}
\ end {aligner} \)

d) Variation de pression :

\ (\ begin {alignat} {3}
& \ ce {2NH3} (g) + \ :&& ce {2O2} (g) \ :&& \ ce {N2O} (g) + \ :&& ce {3H2O} (g) \ \ & \ souligner {\ hspace {40px}} && \ underline {\ hspace {40px}} && \ souligné {\ hspace {40px}} && \ souligné {\ hspace {40px}} espace {40 px}} &x \ \
& \ souligner {\ hspace {40 px}} &&
amp ; \ underline {\ hspace {40px}} && \ underline {\ hspace {40px}} && \ textrm {60,6 torr}
 \ end {alignat} \)

(e)

\ (\ begin {alignat} {3}
& \ ce {NH4HS} (s) \ :&& \ ce {NH3} (g) + \ :&& \ ce {H2S} (g) \ \
& &x && \ underline {\ hspace {40px}} \ \
& &&&9,8×10^ {−6} \ :M && \ underline {\ hspace {40px}}
 \ end {aligner} \)

f) Modification de la pression :

\ (\ begin {alignat} {3}
& \ ce {Fe} (s) + \ :&& \ ce {5CO} (g) \ :&& \ ce {Fe (CO) 4} (g) \ \
& && \ underline {\ hspace {40px}} &x \ \
& && \ underline {\ hspace {40px}} && \ textrm {0,012 atm}
{fin aligner} \)

Q13.4.12

Pourquoi n'y a-t-il aucune modification spécifiée pour Ni dans l'exercice, partie (f) ? Quelle propriété du Ni change ?

ARTICLE 13.4.12

Les activités des solides cristallins purs sont égales à 1 et sont constantes ; toutefois, la masse de Ni change.

Q13.4.13

Pourquoi aucune modification n'est-elle spécifiée pour le NH ₄ HS dans l'exercice, partie (e) ? Quelle propriété du NH ₄ HS change ?

Q13.4.14

L'analyse des gaz dans une cuve de réaction scellée contenant du NH ₃, du N _{2 et de l'H 2} à l'équilibre à 400 °C a établi la concentration de N ₂ à 1,2 M et la concentration de H ₂ à 0,24 M.

\[\ce{N2}(g)+\ce{3H2}(g)⇌\ce{2NH3}(g) \hspace{20px} K_c=\textrm{0.50 at 400 °C}\]

Calculez la concentration molaire d'équilibre de NH ₃.

ARTICLE 13.4.14

[NH ₃] = 9,1 × 10 ^-2 M

Q13.4.16

Calculez le nombre de moles de HI qui sont en équilibre avec 1,25 mol de H ₂ et 1,25 mol de I ₂ dans un flacon de 5,00 L à 448 °C.

\(\ce{H2 + I2 ⇌ 2HI} \hspace{20px} K_c=\textrm{50.2 at 448 °C}\)

Q13.4.17

Quelle est la pression du BrCl dans un mélange équilibré de Cl ₂, de Br ₂ et de BrCl si la pression du Cl ₂ dans le mélange est de 0,115 atm et que la pression du Br ₂ dans le mélange est de 0,450 atm ?

\[\ce{Cl2}(g)+\ce{Br2}(g)⇌\ce{2BrCl}(g) \hspace{20px} K_P=4.7×10^{−2}\]

S13.4.17

P _BrCl = 4,9 × 10 ⁻² atm

Q13.4.18

Quelle est la pression du CO ₂ dans un mélange à l'équilibre contenant 0,50 atm de H ₂, 2,0 atm de H ₂ O et 1,0 atm de CO à 990 °C ?

\[\ce{H2}(g)+\ce{CO2}(g)⇌\ce{H2O}(g)+\ce{CO}(g) \hspace{20px} K_P=\textrm{1.6 at 990 °C}\]

Q13.4.12

Le cobalt métallique peut être préparé en réduisant l'oxyde de cobalt (II) avec du monoxyde de carbone.

\(\ce{CoO}(s)+\ce{CO}(g)⇌\ce{Co}(s)+\ce{CO2}(g) \hspace{20px} K_c=4.90×10^2\textrm{ at 550 °C}\)

Quelle concentration de CO reste dans un mélange d'équilibre avec [CO ₂] = 0,100 M ?

ARTICLE 13.4.12

[CO] = 2,0 × 10 ⁻⁴ M

Q13.4.13

Le carbone réagit avec la vapeur d'eau à des températures élevées.

\(\ce{C}(s)+\ce{H2O}(g)⇌\ce{CO}(g)+\ce{H2}(g) \hspace{20px} K_c=\textrm{0.2 at 1000 °C}\)

Quelle est la concentration de CO dans un mélange d'équilibre avec [H ₂ O] = 0,500 M à 1 000 °C ?

Q13.4.14

Sulfate de sodium 10−hydrate\(\ce{Na2SO4 \cdot 10H2O}\), déshydrate selon l'équation

\[\ce{Na2SO4⋅10H2O}(s)⇌\ce{Na2SO4}(s)+\ce{10H2O}(g) \hspace{20px} \]

\(K_p=4.08×10^{−25}\)à 25 °C. Quelle est la pression de la vapeur d'eau à l'équilibre avec un mélange de\(\ce{Na2SO4·10H2O}\) et\(\ce{NaSO4}\) ?

ARTICLE 13.4.14

\(P_{\ce{H2O}}=3.64×10^{−3}\:\ce{atm}\)

Q13.4.15

Chlorure de calcium 6-hydraté, CaCl ₂ ·6H ₂ O, se déshydrate selon l'équation

\(\ce{CaCl2⋅6H2O}(s)⇌\ce{CaCl2}(s)+\ce{6H2O}(g) \hspace{20px} K_P=5.09×10^{−44}\textrm{ at 25 °C}\)

Quelle est la pression de la vapeur d'eau à l'équilibre avec un mélange de CaCl ₂ ·6H ₂ O et de CaCl ₂ ?

Q13.4.16

Un étudiant a résolu le problème suivant et a trouvé que les concentrations d'équilibre étaient [SO ₂] = 0,590 M, [O ₂] = 0,0450 M et [SO ₃] = 0,260 M. Comment cet étudiant a-t-il pu vérifier le travail sans retravailler le problème ? Le problème était le suivant : Pour la réaction suivante à 600 °C :

\(\ce{2SO2}(g)+\ce{O2}(g)⇌\ce{2SO3}(g) \hspace{20px} K_c=4.32\)

Quelles sont les concentrations d'équilibre de toutes les espèces dans un mélange préparé avec [SO ₃] = 0,500 M, [SO ₂] = 0 M et [O ₂] = 0,350 M ?

S13.4.16

Calculez Q en fonction des concentrations calculées et voyez s'il est égal à K _c. Comme Q est égal à 4,32, le système doit être en équilibre.

Q13.4.16

Un étudiant a résolu le problème suivant et a trouvé [N ₂ O ₄] = 0,16 M à l'équilibre. Comment cet étudiant a-t-il pu reconnaître que la réponse était fausse sans retravailler le problème ? Le problème était le suivant : Quelle est la concentration d'équilibre de N ₂ O ₄ dans un mélange formé à partir d'un échantillon de NO ₂ d'une concentration de 0,10 M ?

\[\ce{2NO2}(g)⇌\ce{N2O4}(g) \hspace{20px} K_c=160\]

Supposons que la variation de la concentration de N ₂ O ₄ soit suffisamment faible pour être négligée dans le problème suivant.

a) Calculer la concentration d'équilibre des deux espèces dans 1,00 L d'une solution préparée à partir de 0,129 mol de N ₂ O ₄ avec du chloroforme comme solvant.

\(\ce{N2O4}(g)⇌\ce{2NO2}(g) \hspace{20px} K_c=1.07×10^{−5}\)dans du chloroforme

(b) Montrez que le changement est suffisamment faible pour être négligé.

S13.4.16

(a)

• [N° ₂] = 1,17 × 10 ^-3 M
• [N ₂ OU ₄] = 0,128 M

(b) Pourcentage d'erreur\(=\dfrac{5.87×10^{−4}}{0.129}×100\%=0.455\%\). La variation de la concentration de N ₂ O ₄ est bien inférieure au maximum autorisé de 5 %.

Q13.4.17

Supposons que le changement de concentration de CoCl ₂ soit suffisamment faible pour être négligé dans le problème suivant.

1. Calculez la concentration d'équilibre de toutes les espèces dans un mélange d'équilibre résultant de la décomposition du CoCl ₂ avec une concentration initiale de 0,3166 M. \[\ce{COCl2}(g)⇌\ce{CO}(g)+\ce{Cl2}(g) \hspace{20px} K_c=2.2×10^{−10}\]
2. Montrez que le changement est suffisamment faible pour être négligé.

Q13.4.18

Supposons que la variation de pression de H ₂ S soit suffisamment faible pour être négligée dans le problème suivant.

(a) Calculer les pressions d'équilibre de toutes les espèces dans un mélange d'équilibre résultant de la décomposition de H ₂ S avec une pression initiale de 0,824 atm.

\(\ce{2H2S}(g)⇌\ce{2H2}(g)+\ce{S2}(g) \hspace{20px} K_P=2.2×10^{−6}\)

(b) Montrez que le changement est suffisamment faible pour être négligé.

ARTICLE 13.4.18

(a)

• [H ₂ S] = 0,810 atm
• [H ₂] = 0,014 atm
• S [₂] = 0,0072 atm

(b) Le 2 x est supprimé du calcul d'équilibre car 0,014 est négligeable lorsqu'on le soustrait de 0,824. Le pourcentage d'erreur associé à l'ignorance de 2 x est\(\dfrac{0.014}{0.824}×100\%=1.7\%\) inférieur à celui autorisé par le « test de 5 % ». L'erreur est en effet négligeable.

Q13.4.19

Quelles sont toutes les concentrations une fois qu'un mélange contenant [H ₂ O] = 1,00 M et [Cl ₂ O] = 1,00 M a atteint l'équilibre à 25 °C ?

\[\ce{H2O}(g)+\ce{Cl2O}(g)⇌\ce{2HOCl}(g) \hspace{20px} K_c=0.0900\]

Q13.4.20

Quelles sont les concentrations de PCl ₅, de PCl ₃ et de Cl ₂ dans un mélange d'équilibre produit par la décomposition d'un échantillon de PCl ₅ pur avec [PCl ₅] = 2,00 M ?

\[\ce{PCl5}(g)⇌\ce{PCl3}(g)+\ce{Cl2}(g) \hspace{20px} K_c=0.0211\]

ARTICLE 13.4.20

[PCl ₃] = 1,80 M ; [PC ₃] = 0,195 M ; [PCl ₃] = 0,195 M.

Q13.4.21

Calculez les pressions de toutes les espèces à l'équilibre dans un mélange de NoCl, de NO et de Cl ₂ produit lorsqu'un échantillon de NoCl à une pression de 10,0 atm atteint l'équilibre selon la réaction suivante :

\[\ce{2NOCl}(g)⇌\ce{2NO}(g)+\ce{Cl2}(g) \hspace{20px} K_P=4.0×10^{−4}\]

Q13.4.2

Calculer les concentrations d'équilibre de NO, O ₂ et NO ₂ dans un mélange à 250 °C résultant de la réaction de 0,20 M NO et 0,10 M O ₂. (Indice : K est grand ; supposons que la réaction se termine puis revient à l'équilibre.)

\[\ce{2NO}(g)+\ce{O2}(g)⇌\ce{2NO2}(g) \hspace{20px} K_c=2.3×10^5\textrm{ at 250 °C}\]

ARTICLE 13.4.2

• [N° ₂] = 0,19 M
• [NON] = 0,0070 M
• [O ₂] = 0,0035 M

Q13.4.23

Calculez les concentrations d'équilibre qui se produisent lorsque 0,25 M O ₂ et 1,0 M de HCl réagissent et atteignent l'équilibre.

\[\ce{4HCl}(g)+\ce{O2}(g)⇌\ce{2Cl2}(g)+\ce{2H2O}(g) \hspace{20px} K_c=3.1×10^{13}\]

Q13.4.24

L'une des réactions importantes dans la formation du smog est représentée par l'équation

\[\ce{O3}(g)+\ce{NO}(g)⇌\ce{NO2}(g)+\ce{O2}(g) \hspace{20px} K_P=6.0×10^{34}\]

Quelle est la pression d'O ₃ restante après qu'un mélange d'O ₃ à une pression de 1,2 × 10 ⁻⁸ atm et de NO à une pression de 1,2 × 10 ⁻⁸ atm est arrivé à l'équilibre ? (Indice : K _P est élevé ; supposons que la réaction se termine puis revient à l'équilibre.)

ARTICLE 13.4.24

\(P_{\ce{O3}}=4.9×10^{−26}\:\ce{atm}\)

Q13.4.24

Calculer les pressions de NO, de Cl ₂ et de NOCl dans un mélange d'équilibre produit par la réaction d'un mélange de départ avec 4,0 atm de NO et 2,0 atm de Cl ₂. (Indice : K _P est faible ; supposons que la réaction inverse se termine puis revient à l'équilibre.)

\(\ce{2NO}(g)+\ce{Cl2}(g)⇌\ce{2NOCl}(g) \hspace{20px} K_P=2.5×10^3\)

Q13.4.25

Calculez le nombre de grammes de HI qui sont en équilibre avec 1,25 mol de H ₂ et 63,5 g d'iode à 448 °C.

\(\ce{H2 + I2 ⇌ 2HI} \hspace{20px} K_c=\textrm{50.2 at 448 °C}\)

ARTICLE 13.4.25

507 g

Q13.4.26

Le butane existe sous la forme de deux isomères, le n-butane et l'isobutane.

K _P = 2,5 à 25 °C

Quelle est la pression de l'isobutane dans un récipient contenant les deux isomères à l'équilibre avec une pression totale de 1,22 atm ?

Q13.4.27

Quelle est la masse minimale de CaCO ₃ requise pour établir l'équilibre à une certaine température dans un récipient de 6,50 L si la constante d'équilibre (K _c) est de 0,050 pour la réaction de décomposition du CaCO ₃ à cette température ?

\(\ce{CaCO3}(s)⇌\ce{CaO}(s)+\ce{CO2}(g)\)

S13.4.27

330 g

Q13.4.28

The equilibrium constant (K_c) for this reaction is 1.60 at 990 °C:

\[\ce{H2}(g)+\ce{CO2}(g)⇌\ce{H2O}(g)+\ce{CO}(g)\]

Calculate the number of moles of each component in the final equilibrium mixture obtained from adding 1.00 mol of H₂, 2.00 mol of CO₂, 0.750 mol of H₂O, and 1.00 mol of CO to a 5.00-L container at 990 °C.

Q13.4.29

At 25 °C and at 1 atm, the partial pressures in an equilibrium mixture of N₂O₄ and NO₂ are \(P_{\ce{N2O4}}=0.70\:\ce{atm}\) and \(P_{\ce{NO2}}=0.30\:\ce{atm}\).

1. Predict how the pressures of NO₂ and N₂O₄ will change if the total pressure increases to 9.0 atm. Will they increase, decrease, or remain the same?
2. Calculate the partial pressures of NO₂ and N₂O₄ when they are at equilibrium at 9.0 atm and 25 °C.

S13.4.29

(a) Both gases must increase in pressure.

(b) \(P_{\ce{N2O4}}=\textrm{8.0 atm and }P_{\ce{NO2}}=1.0\:\ce{atm}\)

Q13.4.30

In a 3.0-L vessel, the following equilibrium partial pressures are measured: N₂, 190 torr; H₂, 317 torr; NH₃, 1.00 × 10³ torr.

\[\ce{N2}(g)+\ce{3H2}(g)⇌\ce{2NH3}(g)\]

1. How will the partial pressures of H₂, N₂, and NH₃ change if H₂ is removed from the system? Will they increase, decrease, or remain the same?
2. Hydrogen is removed from the vessel until the partial pressure of nitrogen, at equilibrium, is 250 torr. Calculate the partial pressures of the other substances under the new conditions.

Q13.4.31

The equilibrium constant (K_c) for this reaction is 5.0 at a given temperature.

\[\ce{CO}(g)+\ce{H2O}(g) <=> \ce{CO2}(g)+\ce{H2}(g)\)]

1. On analysis, an equilibrium mixture of the substances present at the given temperature was found to contain 0.20 mol of CO, 0.30 mol of water vapor, and 0.90 mol of H₂ in a liter. How many moles of CO₂ were there in the equilibrium mixture?
2. Maintaining the same temperature, additional H₂ was added to the system, and some water vapor was removed by drying. A new equilibrium mixture was thereby established containing 0.40 mol of CO, 0.30 mol of water vapor, and 1.2 mol of H₂ in a liter. How many moles of CO₂ were in the new equilibrium mixture? Compare this with the quantity in part (a), and discuss whether the second value is reasonable. Explain how it is possible for the water vapor concentration to be the same in the two equilibrium solutions even though some vapor was removed before the second equilibrium was established.

S13.4.31

(a) 0.33 mol.

(b) [CO]² = 0.50 M Added H₂ forms some water to compensate for the removal of water vapor and as a result of a shift to the left after H₂ is added.

Q13.4.32a

Antimony pentachloride decomposes according to this equation:

\(\ce{SbCl5}(g)⇌\ce{SbCl3}(g)+\ce{Cl2}(g)\)

An equilibrium mixture in a 5.00-L flask at 448 °C contains 3.85 g of SbCl₅, 9.14 g of SbCl₃, and 2.84 g of Cl₂. How many grams of each will be found if the mixture is transferred into a 2.00-L flask at the same temperature?

Q13.4.32b

Consider the reaction between H₂ and O₂ at 1000 K

\[\ce{2H2}(g)+\ce{O2}(g)⇌\ce{2H2O}(g) \hspace{20px} K_P=\dfrac{(P_{\ce{H2O}})^2}{(P_{\ce{O2}})(P_{\ce{H2}})^3}=1.33×10^{20}\]

If 0.500 atm of H₂ and 0.500 atm of O₂ are allowed to come to equilibrium at this temperature, what are the partial pressures of the components?

S13.4.32b

\(P_{\ce{H2}}=8.64×10^{−11}\:\ce{atm}\)

\(P_{\ce{O2}}=0.250\:\ce{atm}\)

\(P_{\ce{H2O}}=0.500\:\ce{atm}\)

Q13.4.33

An equilibrium is established according to the following equation

\[\ce{Hg2^2+}(aq)+\ce{NO3−}(aq)+\ce{3H+}(aq)⇌\ce{2Hg^2+}(aq)+\ce{HNO2}(aq)+\ce{H2O}(l) \hspace{20px} K_c=4.6\]

What will happen in a solution that is 0.20 M each in \(\ce{Hg2^2+}\), \(\ce{NO3−}\), H⁺, Hg²⁺, and HNO₂?

1. \(\ce{Hg2^2+}\) will be oxidized and \(\ce{NO3−}\) reduced.
2. \(\ce{Hg2^2+}\) will be reduced and \(\ce{NO3−}\) oxidized.
3. Hg²⁺ will be oxidized and HNO₂ reduced.
4. Hg²⁺ will be reduced and HNO₂ oxidized.
5. There will be no change because all reactants and products have an activity of 1.

Q13.4.34

Consider the equilibrium

\[\ce{4NO2}(g)+\ce{6H2O}(g)⇌\ce{4NH3}(g)+\ce{7O2}(g)\]

1. What is the expression for the equilibrium constant (K_c) of the reaction?
2. How must the concentration of NH₃ change to reach equilibrium if the reaction quotient is less than the equilibrium constant?
3. If the reaction were at equilibrium, how would a decrease in pressure (from an increase in the volume of the reaction vessel) affect the pressure of NO₂?
4. If the change in the pressure of NO₂ is 28 torr as a mixture of the four gases reaches equilibrium, how much will the pressure of O₂ change?

S13.4.34

(a) \(K_c=\ce{\dfrac{[NH3]^4[O2]^7}{[NO2]^4[H2O]^6}}\). (b) [NH₃] must increase for Q_c to reach K_c. (c) That decrease in pressure would decrease [NO₂]. (d) \(P_{\ce{O2}}=49\:\ce{torr}\)

Q13.4.35

The binding of oxygen by hemoglobin (Hb), giving oxyhemoglobin (HbO₂), is partially regulated by the concentration of H₃O⁺ and dissolved CO₂ in the blood. Although the equilibrium is complicated, it can be summarized as

\(\ce{HbO2}(aq)+\ce{H3O+}(aq)+\ce{CO2}(g)⇌\ce{CO2−Hb−H+}+\ce{O2}(g)+\ce{H2O}(l)\)

1. (a) Write the equilibrium constant expression for this reaction.
2. (b) Explain why the production of lactic acid and CO₂ in a muscle during exertion stimulates release of O₂ from the oxyhemoglobin in the blood passing through the muscle.

Q13.4.36

The hydrolysis of the sugar sucrose to the sugars glucose and fructose follows a first-order rate equation for the disappearance of sucrose.

\(\ce{C12H22O11}(aq)+\ce{H2O}(l)⟶\ce{C6H12O6}(aq)+\ce{C6H12O6}(aq)\)

Rate = k[C₁₂H₂₂O₁₁]

In neutral solution, k = 2.1 × 10⁻¹¹/s at 27 °C. (As indicated by the rate constant, this is a very slow reaction. In the human body, the rate of this reaction is sped up by a type of catalyst called an enzyme.) (Note: That is not a mistake in the equation—the products of the reaction, glucose and fructose, have the same molecular formulas, C₆H₁₂O₆, but differ in the arrangement of the atoms in their molecules). The equilibrium constant for the reaction is 1.36 × 10⁵ at 27 °C. What are the concentrations of glucose, fructose, and sucrose after a 0.150 M aqueous solution of sucrose has reached equilibrium? Remember that the activity of a solvent (the effective concentration) is 1.

S13.4.36

[fructose] = 0.15 M

Q13.4.37

The density of trifluoroacetic acid vapor was determined at 118.1 °C and 468.5 torr, and found to be 2.784 g/L. Calculate K_c for the association of the acid.

Le N ₂ O ₃ liquide est bleu foncé à basse température, mais sa couleur s'estompe et devient verdâtre à des températures plus élevées lorsque le composé se décompose en NO et en NO ₂. À 25 °C, une valeur de K _P = 1,91 a été établie pour cette décomposition. Si 0,236 mole de N ₂ O ₃ sont placées dans un récipient de 1,52 L à 25 °C, calculez les pressions partielles d'équilibre de N ₂ O ₃ (g), NO ₂ (g) et NO (g).

S13.4.37

\(P_{\ce{N2O3}}=\textrm{1.90 atm and }P_{\ce{NO}}=P_{\ce{NO2}}=\textrm{1.90 atm}\)

Q13.4.38

Un récipient de 1 L à 400 °C contient les concentrations d'équilibre suivantes : N ₂, 1,00 M ; H ₂, 0,50 M ; et NH ₃, 0,25 M. Combien de moles d'hydrogène doivent être retirées du récipient pour augmenter la concentration d'azote à 1,1 M ?

Q13.4.39

Une solution 0,010 M d'acide faible HA a une pression osmotique (voir le chapitre sur les solutions et les colloïdes) de 0,293 atm à 25 °C. Une solution 0,010 M de l'acide faible HB a une pression osmotique de 0,345 atm dans les mêmes conditions.

(a) Quel acide possède la plus grande constante d'équilibre pour l'ionisation

HA\([\ce{HA}(aq)⇌\ce{A-}(aq)+\ce{H+}(aq)]\) ou HB\([\ce{HB}(aq)⇌\ce{H+}(aq)+\ce{B-}(aq)]\) ?

(b) Quelles sont les constantes d'équilibre pour l'ionisation de ces acides ?

(Conseil : N'oubliez pas que chaque solution contient trois espèces dissoutes : l'acide faible (HA ou HB), la base conjuguée (A ^{− ou B −}) et l'ion hydrogène (H ⁺). N'oubliez pas que la pression osmotique (comme toutes les propriétés colligatives) est liée au nombre total de particules de soluté. Spécifiquement pour la pression osmotique, ces concentrations sont décrites par des molarités.)

S13.4.39

(a) L'HB s'ionise dans une plus grande mesure et possède le K _c le plus élevé.

(b) K _c (HA) = 5 × 10 ⁻⁴

K _c (HB) = 3 × 10 ⁻³