Reguła przekory Le Chateliera Brauna, wydajność całkowita, krzem i jego związki

                                      Wydajność reakcji


 Wydajność reakcji chemicznej – stosunek masy produktu otrzymanego w wyniku reakcji chemicznej do teoretycznej jego masy obliczonego na podstawie współczynników stechiometrycznych równania tej reakcji i ilości użytych substratów.

                                                                         mp
                                                                W= -----  100%
                                                                         mt


Wydajność całkowita

        W1% * W2% ....

W =  -------------------

       100%

Zad.1

Przeprowadzono kolejno 2 reakcje, uzyskując następujące wydajności:
S + O2 -----> SO2 (95%)
2SO2 + O2 ----> (70%)
Oblicz całkowitą wydajność procesu. 

Wydajność sumaryczna wynosi:
W%=W1/100 * W2/100 *100%
W%=95/100 * 70/100 *100%=0,95*0,7*100%=66,5%  



                                                                            -*-




                                 Krzem i jego związki


Krzem jest niemetalem o metalicznym połysku.W temperaturze pokojowej krzem reaguje tylko z fluorem tworząc czterofluorek SiF₄. Z tlenem w podwyższonej temp. krzem tworzy SiO2. W podwyższonej temp. może reagować również z azotem, borem , magnezem, węglem. W roztworach zasad krzem rozpuszcza się z wydzieleniem wodoru: Si +2NaOH + H₂O Na₂SiO₃ + 2H_2.

SiO2 - krzemionka, tlenek krzemu IV to bezbarwne ciało stałe, jest tlenkiem kwasowym, reaguje z zasadami, ale nie rozpuszcza się w H2O i nie reaguje z H2O! Jedynym kwasem z jakim regauje jest kwas HF. W SiO2 przeważają wiązania jonowe i tworzy ona kryształy jonowe, ma dużą twardość i wysoką temp. topnienia. Krzemionka jest odporna na działanie kwasów, tlenu z powietrza i wody. Tworzy odmiany np. kwarc.

Reakcja z kwasem fluorowodorowym:
4HF + SiO2 ---> SiF4 + 2H2O

Z zasadami tworzy krzemiany:
                            T
SO2 + 2NaOH ------> Na2SiO3 + H2O

Na2SiO3 - krzemian sodu, szkło wodne. Sól ta jest rozpuszczalna w H2O, bo sole kwasu krzemowego pierwiastków I grupy (litowców) są rozpuszczalne, pozostałe nie są dlatego CaSiO3 już jest nierozpuszczalny!

SiO - tlenek krzemu II, charakter obojętny



                              
                                                                            -*-


             Reguła przekory Le Chateliera - Brauna


Jeśli na układ w stanie równowagi działa bodziec zewnętrzny zmieniający te stan, to w układzie następują przemiany zmniejszające skutki tego działania zewnętrznego.

Dla reakcji : A + B < ------> C + D stała równowagi ma postać:

          [C] [D]
Kc = --------
          [A] [B]



Wpływ czynników:

1) Zmiana stężeń substratów lub produktów na stan równowagi i wydajność

• Dodanie substratu (substratów) lub usunięcie produktu (produktów) spowoduje przesunięcie równowagi w prawo, w kierunku tworzenia produktu. Jednocześnie wydajność zwiększa się. W ten sposób układ dąży do zachowania stałości.

• Dodanie produktu (produktów) lub usunięcie substratu ( substratów) powoduje przesunięcie równowagi w lewo, w kierunku tworzenia substratu. Jednocześnie wydajność zmniejsza się.

2) Wpływ ciśnienia na stan równowagi i wydajność

Ciśnienie ma wpływ na stan równowagi tylko, gdy przynajmniej jeden z reagentów jest gazem i reakcja przebiega ze zmianą objętości. Oznacza, to że rozpatrując równanie czy zmiana ciśnienia zmieni nam równowagę, bierzemy pod uwagę tylko reagenty gazowe (indeksem g), a następnie weryfikujemy czy doszło do zmiany objętości, jeśli tak rozpatrujemy dalej. Gdy nie ma zmiany objętości ciśnienie nie ma wpływu a stan równowagi.

• Wzrost ciśnienia, gdy następuje zmniejszenie objętości, spowoduje nam wzrost stężenia ( bo gdy objętość maleje, to stężenie wzrasta). Większe ciśnienie spowoduje przesunięcie stanu równowagi w prawo, wydajność się zwiększy. Analogiczne zmniejszenie ciśnienia przy takim układzie, spowoduje wzrost objętości spadek stężenia, równowaga w lewo, wydajność się zmniejszy.

3H2 + N2 <-----> 2NH3
4v -----> 2V
korzystne jest podwyższenie ciśnienia

• Wzrost ciśnienia, gdy następuje wzrost objętości spowoduje przesunięcie równowagi w lewo i zmniejszenie wydajności. Analogiczne korzystniejsze jest tutaj obniżenie ciśnienia.

N2O4 <-----> 2NO2
    1v --------> 2v
korzystne jest obniżenie ciśnienia



3)Wpływ temperatury na stan równowagi, wydajność, stałą równowagi, szybkość reakcji

Rozpatrujemy czy dana reakcja jest endoenergetyczna ( H>0) czy egzoenergetyczna (H<0).

• Dla reakcji endoenergetycznych podwyższenie temepartury jest korzystniejsze i równowaga przesuwa się w prawo i wydajność reakcji się zwiększa.Stała równowagi zależy od temperatury i w tym przypadku rośnie. Analogicznie obniżenie spowoduje zmniejszenie wydajności.

• Dla reakcji egzoenergetycznych korzystniejsze jest ochłodzenie układu, równowaga przesuwa się w prawo i wydajność zwiększa się, zaś podwyższenie temperatury spowoduje przesunięcie równowagi w lewo i zmniejszenie wydajności, jednocześnie stała równowagi maleje ( bo powstaje mniej produktu, a więcej substratu patrz wyżej wzór na stałą równowagi). 

Wpływ temperatury na SZYBKOŚĆ reakcji - zasad jest prosta ZAWSZE WZROST TEMPERATURY PRZYSPIESZA REAKCJE (zarówno powstawania jak i rozpadu produktu jednocześnie ), niezależnie czy jest to reakcja egzo czy endo, przy czym jednocześnie wzrost szybkości reakcji nie pokrywa się ze wzrostem wydajności. Jak powyżej napisałam szybkość reakcji endoenergetycznej przy wzroście temperatury wzrośnie i wydajność wzrośnie. Szybkość reakcji endoenergetycznej przy wzroście temperatury rośnie, ale wydajność maleje!



4. Wpływ katalizatora na stan równowagi i szybkość reakcji

Katalizator nie ma wpływu na stan równowagi.
Ma wpływ na szybkość reakcji.
Obniża energię aktywacji, bierze udział w reakcji, ale na końcu wydziela się w niezmienionej postaci.

Matura czerwiec 2013 CKE
 
Zad.6

Otóż w podanym zadaniu trzeba było napisać równanie sumaryczne, to wystarczyło poskracać to co się da i przepisać. Widzimy, że właściwa reakcja zachodzi między nadtlenkiem wodoru w środowisku kwaśnym a jonami tiosiarczanowymi. Katalizatorem jest jod ponieważ, wydziela się o w etapie III w niezmienionej postaci. Produkty przejściowe (pośrednie) ,to każdy produkt reakcji elementarnej oprócz ostatniego, nazywany jest produktem przejściowym. Generalnie jeśli coś jest po prawej stronie i następnie po lewej w kolejnym etapie, to jest to produkt przejściowy :). W jednym etapie jest produktem, a w następnym substratem.