Är detta en korrekt uträkning?
I en behållare med volymen V = 1 dm3 sker reaktionen PCl5 ⇌ PCl3 + Cl2 och jämvikt har inträtt. Vid jämvikt är koncentrationen för PCl5 0.3 M och för PCl3 Cl2 är den 0.11 M. Temperaturen är 300 K.
Man vill ändra på förhållandena (inte temperaturen!) så att mängden klorgas ökar med 10 % när ny jämvikt inträtt. Ge ett förslag och beräkning på hur man ska gå tillväga?
Jag tänkte att man kunde förändra volymen (antar att man får det då det inte nämndes som off-limits). Vi kan skapa en tabell för att enklare se förändringarna i ämnenas substansmängder:
| Ämnen | PCl5 | PCl3 | Cl2 |
| n (start) | 0.3 mol | 0.11 mol | 0.11 mol |
| n (förändring) | -0.011 mol | +0.011 mol | +0.011 mol |
| n (slut) | 0.289 mol | 1.121 mol |
1.121 mol |
Enligt jämviktsreaktionen ser vi att det bildas lika många mol av varje produkt för varje mol av reaktanten. Således blir antalet mol av produkterna lika stora när ny jämvikt inträtt. Med hjälp av det förra jämviktsuttrycket kan man sedan beräkna hur volymen ska förändras för att vi ska få dessa substansmängder:
Volymen måste alltså bli ca. 108 ggr. större. Kanske det hade varit mer rimligt att öka antalet mol reaktant istället, men aja...
Stämmer denna uträkning och resonemanget i stort?
Ja det stämmer. Men som du är inne på lär det vara praktiskt enklare att tillföra ytterligare PCl5 eller kanske avlägsna PCl3 från reaktionsblandningen. Man kan även justera temperaturen eftersom jämviktskonstanten är temperaturberoende, men nu var inte det ett alternativ i detta fall.
Industriellt har man ofta en billig reaktant som reagerar med en dyrare reaktant och bildar en produkt. Då vill man att så mycket som möjligt av den dyra reaktanten ska reagera och bilda produkt, vilket man ofta får till genom ett kraftigt överskott av den billiga reaktanten.
Om man fick ändra på temperaturen, hur skulle man kunna räkna då? Vi har gått igenom uttrycket för jämviktskonstanten, men jag är osäker på om vi har tittat på hur jämviktskonstanten beror av temperaturen.
Man måste veta (eller beräkna) entalpiändringen vid reaktionen. Sedan kan man använda van 't Hoffs ekvation:
https://en.wikipedia.org/wiki/Van_%27t_Hoff_equation
Brukar ej tas upp på gymnasiet, men läser du en kurs i fysikalisk kemi på universitetet kommer du att räkna på sånt.
Tillägg: 12 sep 2023 14:23
I korthet: Är reaktionen åt höger exoterm kommer du att få färre produkter vid jämvikt om du höjer temperaturen. Det omvända gäller för en endoterm reaktion.
Är reaktionen åt höger exoterm kommer du att få färre produkter vid jämvikt om du höjer temperaturen. Det omvända gäller för en endoterm reaktion.
Hur kommer det sig egentligen? Är det för att omgivningsentropin inte ökar lika mycket när en exoterm reaktion sker om det redan finns gott om energipaket jämfört med om det är ont om energi i omgivningen? Och omvänt för den endoterma reaktioen så finns det då mer energi att driva reaktionen med utan att omgivningsentropin minskar så mycket medan systementropin ökar?
Man kan se det som du gör, dvs att entropin i omgivningen inte ökar lika mycket vid högre temperatur vilket gör reaktionen mindre spontan (lägre värde på jämviktskonstanten). Jag föredrar dock att förklara det utifrån reaktionshastigheter. Vid kemisk jämvikt går reaktionen framåt lika fort som reaktionen bakåt, så koncentrationerna ändras inte. Reaktioner går generellt snabbare vid högre temperaturer (se Arrhenius ekvation), så bägge reaktionerna går snabbare vid högre temperatur. Om reaktionen är endoterm gynnas dock framåtreaktionen mer än bakåtreaktionen till följd av lägre aktiveringsenergi. Alltså kommer koncentrationen av produkterna (på höger sida) att börja öka. Reaktionshastigheten beror även på ämnenas koncentration, så när detta sker börjar reaktionen åt vänster också börja gå snabbre. Till slut har denna reaktion hunnit ikapp reaktionen åt höger och jämvikt har återställts. Jämviktsläget har dock rubbats så man har mer av produkterna och mindre av reaktanterna vid jämvikt. Vid en exoterm reaktion sker det motsatta.
