. Iodine gas and hydrogen gas are sealed in a flask and heated to 600. K. The initial partial pressures of iodine and hydrogen gas at 600. K before they react are: PI2 =3.00 atm and PH2 =2.00 atm. No other reactions take place. Determine the equilibrium partial pressures of I!,H!, and HI at 600. K. [I! = 1.13 atm] [H! = 0.134 atm] I!(g) + H!(g) 2 HI(g) K! = 92 at 600. K [HI = 3.73 atm]

1

Chemistry  122  (General  College  Chemistry  I)-­‐  Fall  2018   Discussion  Worksheet  Week  10  (Coordinated  by  Dr.  R.  Hatfield)

Topics:  equilibrium  state  and  the  equilibrium  constant  (K),  reaction  quotient  (Q),  expressing   equilibrium  with  pressure  terms-­‐  relationship  between  Kc  and  Kp,  determining  reaction  direction,   solving  a  variety  of  equilibrium  problems,  Le  Chatelier’s  principle     Relevant  Chapters  in  Silberberg,  8e:  Chapter  17  Sections  1-­‐6,  pp.  747-­‐780.       Student  Directions:    Try  all  problems  with  your  best  effort  and  bring  your  work  to  discussion.    Use   your  text  as  a  resource  for  any  constants  or  relationships  needed.  You  will  have  to  work  ahead.   When  topics  are  completely  covered  in  lecture,  go  back  and  redo  any  problems  you  did  not   understand.    See  pages  782-­‐783  of  your  text  for  a  summary  list  of  key  equations  and  relationships.     Basic  Math:  Review  the  general  form  for  quadratic  equations  and  solving  quadratic  equations.   Mon.,  Tues.,  and  Wed.  Discussions  Only:  Complete  up  through  #5  for  credit  this  week.

1. The  reaction  for  the  formation  of  ammonia  is  shown  as:

N!(g)    +    3  H!(g)    2NH!(g)     K!=  ?     a) Write  the  equilibrium  constant  expression  (K!)  for  this  reaction.

 

b) One  equation  for  the  breakdown  of  ammonia  is  shown  as:       NH!(g)     !!  N!(g)    +

! !  H!(g)        K! ’  =  ?

Manipulate  the  reaction  for  ammonia  formation,  as  necessary,  to  express  K! ’  in   terms  of  K! .    (Hint:  A  summary  table  for  ways  of  writing  and  calculating  K  is  found   on  page  755  of  your  text).

 

c) Calculate  the  value  of  K!  at  500.  K  for  the  formation  of  ammonia  in  part  a)  using  the   following  measured  concentrations  for  the  equilibrium  mixture:  [N!]  =  3.0  x  10-­‐2  M;   [H!]  =  3.7  x  10-­‐2  M;    [NH!]  =  1.6  x  10-­‐2  M.         [1.7  x  102]

 

d) Next,  calculate  the  value  of  K!  for  the  formation  of  ammonia  at  500.  K.       [0.10]

e) Using  the  calculated  value  of    K!  at  500.  K  from  part  a  as  well  as  the  expression  you

derived  for  K! ’  in  part  b,  calculate  the  value  of  K! ’.       [7.7  x  10-­‐2]

  2

2. Equilibrium  terminology.    When  solving  equilibrium  problems,  K  and  Q  are  used.    Define  Q.     When  does  K  =  Q?

3. Balance  each  of  the  following  examples  of  heterogeneous  equilibria  and  write  each  reaction   quotient,  Q!:

a) KNO!(s)        KNO!(s)  +    O!(g)

b) HCl(g)    +    O!(g)      H!O(l)    +        Cl!(g)

 

4. Calculate  the  value  of  the  equilibrium  constant  at  427  °C  for  the  reaction:

Na!O  (s)  +!!  O!  (g)      Na!O!(s)   Kc  =  ?           [4000]     Equilibrium  constants  for  the  following  reactions  are  given  at  427  °C:     Na!O(s)          2  Na(l)    +    !!  O!(g)         Kc  =  2  x  10-­‐25     Na!O!(s)      2  Na(l)    +      O!(g)         Kc  =  5  x  10-­‐29

 

 

5. Phosphine  (PH!)  decomposes  at  higher  temperatures  as  follows:

2  PH!  (𝑔)        P!  (g)    +    3  H!  (g)       Kp  =  398  at  873  K

a) If  the  initial  partial  pressures  are  PPH3  =  0.0260  atm,  PP2  =  0.871  atm,  PH2  =  0.517  atm,   calculate  Qp  and  determine  which  direction  the  reaction  proceeds  in  to  reach   equilibrium.                 [178]

 

b) When  a  mixture  of  PH!,  P!,  and  H!  reaches  equilibrium  at  873  K,  PP2  =  0.412  atm  and   PH2  =  0.822  atm.    Find  PPH3.             [0.0240  atm]

 

  3

6. Iodine  gas  and  hydrogen  gas  are  sealed  in  a  flask  and  heated  to  600.  K.    The  initial  partial   pressures  of  iodine  and  hydrogen  gas  at  600.  K  before  they  react  are:    PI2  =3.00  atm  and  PH2   =2.00  atm.    No  other  reactions  take  place.    Determine  the  equilibrium  partial  pressures  of   I!,H!,  and  HI  at  600.  K.               [I! =  1.13  atm]

[H!  =  0.134  atm]   I!(g)  +  H!(g)   2  HI(g)   K!  =  92          at  600.  K       [HI  =  3.73  atm]

 

7. In  the  decomposition  of  hydrogen  sulfide:   2H!S(g)    2H!(g)    +    S!(g)         Kc  =  9.30  x  10-­‐8    at  700  °C

If  0.51  mol  H!S  is  placed  in  a  3.0  liter  container,  what  is  the  equilibrium  concentration  of   H!(g)  at  700  °C?    Can  the  small  x  approximation  be  used  here  when  solving  for  x?                           [1.8  x  10-­‐3  M]

 

 

 

8. The  following  reaction  is  endothermic:        C(s)      +    H!O(g)          CO  (g)    +    H!(𝑔)

For  a  reaction  mixture  at  equilibrium,  how  would  the  following  changes  affect  the  equilibrium   (shift  right,  shift  left,  no  change)  and  the  equilibrium  concentration  of    CO  (g)  (increase,   decrease,  no  change)?   Change   Effect  of  equilibrium   Effect  on  concentration  of  CO   Decreasing  the  temperature       Adding  C  to  the  mixture       Adding  H!O  to  the  mixture       Adding  a  catalyst       Adding  H!  to  the  mixture       Lowering  the  volume         Adding  an  inert  gas