Calcolo delle pressioni parziali di due gas

Calcolo delle pressioni parziali di due gas in una reazione all'equilibrio

5,00 g di N₂O₄ e 5,00 g di NO₂ vengono introdotti in un reattore chimico di 10 L a 25°C.

Calcolare le pressioni parziali di NO₂ e N₂O₄ all'equilibrio, sapendo che la reazione è la seguente:
2NO_2(g)⇄ N₂O_4(g) (reazione reversibile)
per la quale Kp = 7,14 atm^-1 a 25°C.

Svolgimento

Calcoliamo le masse molari:

Mm (N₂O₄) = 92 g/mol

Mm (NO₂) = 46 g/mol

Calcoliamo le moli:

mol (N₂O₄) = g / Mm = 5 / 92 = 0,0543 mol

mol (NO₂) = g / Mm = 5 / 46 = 0,1087 mol

Applicando l'equazione generale dei gas perfetti, determiniamo le pressioni parziali dei due gas :

P (N₂O₄) = n·R·T/V = (0,0543·0,0821·298)/10 = 0,1328 atm

P (NO₂) = n·R·T/V = (0,1087·0,0821·298)/10 = 0,2659 atm

Determiniamo il valore del quoziente di reazione:

Q = P_N2O4 / P_NO2² = 0,1328 /0,2659² = 1,878

Il valore di Q è minore della Keq, ciò significa che la reazione, per raggiungere lo stato di equilibrio, si sposta verso i prodotti di reazione: si avrà un consumo dei reagenti a favore della formazione dei prodotti.

Chiamando X la pressione di N₂O₄ che si forma, 2X è la pressione di NO₂ che si consuma.

Infatti N₂O₄ e NO₂ sono nel rapposrto di 1:2

2NO_2(g) ⇄ N₂O_4(g)

All'equilibrio avremo pertanto le seguenti pressioni:

P (N₂O₄) = 0,1328 + X

P (NO₂) = 0,2659 -2X

che inserite nella Keq:

Keq = P_N2O4 / P_NO2² = (0,1328+X) / (0,2659-2X)² = 7,14

Risolvendo l'equazione di secondo grado risulta che:

X = 0,051

da cui:

P (N₂O₄) = 0,1328 + X = 0,1328 + 0,051 = 0,1838 atm