Kemian ylioppilastehtävät, kemiallinen tasapaino

Luettelossa on 20 tehtävää. Tehtävissä on sekä laskuja (liukoisuustasapaino, tasapainoreaktiot) että essee-tehtäviä. Parissa kokeellisessa tehtävässä on kyse esteröitymisestä, joten ne on otettu mukaan tähän kategoriaan, vaikka niissä tasapainoa sinänsä ei tarvitse laajemmin käsitellä.

a) Kylläisessä liuoksessa vallitsee dynaaminen tasapaino kiinteän aineen ja liuoksen välillä. Selvitä, mitä tällä dynaamisella tasapainolla tarkoitetaan. b) Miten lyijy(II)kloridin liukeneminen veteen eroaa kemiallisesti jodin liukenemisesta?

Vastaa viereisen kuvion avulla seuraaviin kysymyksiin: c) Liukeneeko 0,3 grammaa lyijy(II)kloridia 50 millilitraan vettä lämpötilassa 20 °C?
d) Lämpeneekö liuos vai jäähtyykö se, kun jodi liukenee veteen?
e) Mikä on lyijy(II)kloridin liukoisuustulon arvo lämpötilassa 50 °C?

Le Châtelier'n periaate ja sen soveltaminen erilaisissa kemiallisissa systeemeissä.

Mitä tarkoitetaan aineen liukoisuustulolla? Valitse jokin veteen niukkaliukoinen yhdiste ja suunnittele menetelmä, jonka avulla sen liukoisuustulon arvo voidaan määrittää kokeellisesti. Selosta koejärjestelyt ja tuloksen saamiseksi tarvittavat laskutoimitukset.

a) Magnesiumhydroksidin liukoisuustulo on K_L = 1,1 · 10^–11 (mol/l)³. Muodostuuko saostumaa, kun 1 ml 1 · 10^–3 M NaOH-liuosta lisätään hitaasti 99 ml:aan 1 · 10^–3 M Mg(NO₃)₂-liuosta? b) Mikä on kylläisen magnesiumhydroksidiliuoksen pH?

Tarkoituksesi on valmistaa etyyliasetaattia käyttämällä hyväksi esteröitymisreaktiota. Esitä reaktioyhtälö, johon aineen valmistus perustuu, ja selvitä, miten synteesi voidaan tehdä laboratoriossa. Miten voit todeta, että saamasi tuote on oikea?

Esteröityminen on tasapainoreaktio. Tasapainon muodostuminen on otettava huomioon synteesissä.

Metanolia voidaan valmistaa hiilimonoksidin ja vedyn välisen tasapainoreaktion avulla:

a) Perustele, miksi tässä reaktiossa on edullista käyttää katalyyttiä, matalaa lämpötilaa ja suurta painetta. b) Kun 10,0 litran astiaan suljettiin 2,0 moolia hiilimonoksidia ja 1,0 moolia vetykaasua lämpötilassa 500 °C, muodostui astiaan tasapainotilan asetuttua 0,18 moolia metanolia. laske reaktion tasapainovakion arvo.
Ratkaisu

mukaisesti. Kun 2,50 moolia N₂O₄ lisättiin 1,00 litraan kloroformiliuosta, muodostui astiaan tasapainon asetuttua 2,20 mol NO₂. a) Laske reaktion tasapainovakion arvo. b) Tähän tasapainoseokseen lisättiin 1,20 mol NO₂. Mikä oli typpidioksidin konsentraatio liuoksessa, kun tasapainotila jälleen asettui?

on teollisesti tärkeä tasapainoreaktio. Astiaan, jonka tilavuus on 1,0 l suljettiin 25 mmol typpeä ja 99 mmol vetyä. a) Mikä on reaktion tasapainovakion arvo ko. lämpötilassa, kun tasapainon asettuessa astiaan muodostui 24 mmol NH₃? b) Astian tilavuutta muutettiin siten, että ammoniakin ainemäärä tasapainon jälleen asettuessa oli 30 mmol. Mikä oli astian uusi tilavuus?

tasapainovakio K = 0,090. a) Osoita, että reaktion tasapainotila on riippumaton reaktioastian tilavuudesta. b) Tapahtuuko reaktio etenevään vai käänteiseen suuntaan, kun 1,0 g typpeä, 1,0 g happea ja 1,0 g typpimonoksidia saatetaan reagoimaan keskenään? c) 0,25 litran astiaan suljettiin 1,0 g happea, 1,0 g typpeä ja 1,0 g typpimonoksidia. Mikä oli astiassa olevan kaasuseoksen tiheys, kun tasapaino oli asettunut?

Magnesiumin valmistuksessa tarvittavaa lähtöainetta, magnesiumhydroksidia, saadaan merivedestä, josta Mg(OH)₂ saostetaan kalsiumhydroksidin avulla. Kuinka monta grammaa magnesiumhydroksidia saostuu, kun 150 litraan merivettä lisätään kiinteää kalsiumhydroksidia, kunnes liuoksen pH = 9,70? meriveden magnesiumionipitoisuus on 1,34 g/l. Magnesiumhydroksidin liukoisuustulo K_L = 1,1 · 10 ^–11 (mol/l)³.

Mitä tarkoitetaan a) magnesiumhydroksidin liukoisuudella veteen, b) magnesiumhydroksidin liukoisuustulolla? c) Kuvaa jotain tapaa, jolla voit kokeellisesti määrittää magnesiumhydroksidin liukoisuustulon arvon.

Esteröityminen on tasapainoreaktio. Tasapainon muodostuminen on otettava huomioon synteesissä.

Kun 1,00 litran astiaan suljettiin 0,100 mol metaania ja 0,120 mol vettä ja lämpötila nostettiin 750 °C:seen, muodostui astiaan tasapainotilan asetuttua 0,270 mol vetyä.
a) Laadi reaktion tasapainovakion lauseke.
b) Laske tasapainovakion arvo.
c) Muodostuiko vetyä enemmän vai vähemmän, kun astian tilavuus muutettiin 0,500 litraksi? Perustele.

Erään reaktion kulkua voidaan havainnollistaa oheisessa kuviossa esitetyllä tavalla.
a) Mistä reaktiosta on kyse?
b) Miten kuviosta ilmenevät konsentraatiomuutokset voidaan selittää?
c) Miten etenevän ja käänteisen reaktion nopeus muuttuu reaktion aikana?

Oheisessa kuvassa on esitetty lyijy(II)kloridin liukoisuus grammoina 100 grammaan vettä eri lämpötiloissa.

0,75 grammaa lyijy(II)kloridia sekoitetaan 100 millilitraan vettä.
a) Kuinka paljon PbCl₂ jää liukenematta lämpötilassa 20 °C?
b) Kuinka korkeaksi tulee lämpötila nostaa, jotta kaikki PbCl₂ liukenisi?
Laske kuvan avulla myös
c) lyijy(II) kloridin liukoisuus (mol/l) lämpötilassa 35 °C,
d) lyijy(II)kloridin liukoisuustulon arvo lämpötilassa 20 °C.

2 HI(g) H₂(g) + I₂(g)

a) Eräs tasapainoseos sisälsi 3,02 mol vetyjodidia, 0,32 mol jodia ja 0,52 mol vetyä. Tähän seokseen lisättiin 0,20 moolia jodia. Mikä oli seoksen koostumus astiassa, kun tasapainotila oli jälleen asettunut?

Typpidioksidi dimeroituu helposti dityppitetroksidiksi. Lämpötilassa 100 °C todettiin tasapainotilan vallitessa 1,0 litran reaktioastian sisältävän 0,20 moolia NO₂(g) ja 0,20 moolia N₂O₄(g). Mitkä ovat näiden kaasujen ainemäärät, kun astian tilavuus muutetaan 0,50 litraksi ja tasapainotila jälleen asettuu?

15 millilitraan 0,0010 M hopeanitraattiliuosta lisättiin 15 ml 0,0010 M natriumkloridiliuosta.
a) Osoita, että astiaan saostuu hopeakloridia. (2 p.)
b) Laske hopeaionin konsentraatio liuoksessa, kun tasapaino on asettunut. (4 p.) Hopeakloridin liukoisuustulo on K_L(AgCl) = 1,8 · 10^–10 (mol/l)².

tasapainovakio määritettiin seuraavalla tavalla. Eri määrät vetyjodidia suljettiin viiteen 0,400 litran astiaan, joita säilytettiin lämpötilassa 623 K. Tietyn ajan kuluttua astiat avattiin ja muodostunut jodi määritettiin titraamalla 0,0150 M natriumtiosulfaatilla reaktion

I₂(s) + 2 Na₂S₂O₃(aq)

Na₂S₄O₅(aq) + 2 NaI(aq)

mukaisesti. Määritä näin saatujen kokeellisten tulosten perusteella reaktion tasapainovakion arvo. Mitkä seikat vaikuttavat tuloksen luotettavuuteen?

Reaktioastian numero	HI(g):n alkuperäinen määrä grammoina	Astian avaamisaika reaktion alusta lukien tunteina	Titrauksessa kuluneen tiosulfaatin tilavuus millilitroina
1	0,300	2	20,96
2	0,320	4	27,90
3	0,315	12	32,31
4	0,406	20	41,50
5	0,280	40	28,68

Kemiallisia tasapainoilmiöitä käsittelevät yo-kemian tehtävät