Chemistry 102 ANSWER KEY 1 REVIEW QUESTIONS Chapter 14 1 ...

Chemistry 102 

ANSWER KEY  REVIEW QUESTIONS  Chapter 14 

1.  A mixture of 0.10 mol of NO, 0.050 mol of H2  and 0.10 mol of H2O is placed in a  1.0­L flask and allowed to reach equilibrium as shown below:  ˆˆ† N2  (g) + 2 H2O (g)  2 NO (g) + 2 H2  (g)  ‡ˆˆ  At equilibrium [NO] = 0.062 M.  Calculate the equilibrium constant, Kc, for this reaction.  ˆˆ† N2  (g) +   2 H2O (g)  2 NO    +    2 H2  (g)  ‡ˆˆ  Initial  D  Equilibrium  K C  = 

0.10 M  – 0.038  0.062 

0.050 M  – 0.038  0.012 

0  + 0.019  0.019 

0.10 M  + 0.038  0.138 

[N 2 ][H 2 O] 2  (0.019)(0.138) 2  =  = 650  [NO]2 [H 2 ]2 (0.062)2 (0.012) 2 

2.  At 700°C, Kc  = 20.4 for the reaction shown below:  ˆˆ† SO3  (g)  (A)  SO2  (g)  +  ½ O2  (g)  ‡ˆˆ  Calculate Kc  and KP  for the reaction shown below:  ˆˆ† 2 SO3  (g)  2  SO2  (g)  +   O2  (g)  ‡ˆˆ 

(B) 

KC  (B) = [KC  (A)] 2  = (20.4) 2  = 416  KP  = KC  (RT) Dn  = (416) [(0.0821)(973 K)] –1  = 5.21  3.  At 100°C, Kc= 0.078 for the following reaction:  ˆˆ† SO2  (g) + Cl2  (g)  SO2Cl2  (g)  ‡ˆˆ  In an equilibrium mixture, [SO2Cl2] = 0.136 M and [SO2] = 0.072 M.  What is the  concentration of Cl2  in the equilibrium mixture?  K C  = 

[SO 2 ][Cl 2 ]  = 0.078  [SO 2 Cl 2 ] 

[Cl 2 ] = 

0.078 [SO 2Cl 2 ]  (0.078)(0.136)  =  = 0.15 M  [SO 2 ] 0.072

1 

4.  At 373 K, KP= 0.416 for the equilibrium:  ˆˆ† 2 NO (g)  + Br2  (g)  2 NOBr (g)  ‡ˆˆ  If the partial pressures of NOBr and NO are equal at equilibrium, what is the partial  pressure of Br2? 

2  P NO  P Br 2 

K p  = 

2  P NOBr 

= 0.416           since PNOBr = P NO 

PBr 2  = 0.416 atm 

5.  At 250°C, the reaction  ˆˆ† PCl3  (g)  +  Cl2  (g)  PCl5  (g)  ‡ˆˆ  has an equilibrium constant Kc= 1.80.  If 0.100 mol of PCl5  is added to a 5.00­L flask, what  are the concentrations of PCl5, PCl3  and Cl2  at equilibrium at this temperature?  [PCl 5 ] = 

0.100 mol  = 0.0200 M  5.00 L 

ˆˆ† PCl3  (g)  +       Cl2  (g)  PCl5  (g)  ‡ˆˆ  Initial  D  Equilibrium 

0.0200 M  – x  0.0200 –x 

0  + x  x 

[PCl 3 ][Cl 2 ]  x 2  K C  =  =   = 1.80  [PCl 5 ] 0.0200 ­x  x 2  + 1.80 x ­ 0.0360 = 0  Solving the quadratic equation,  ­1.80 ±  (1.80)2 ­4(­0.0360)  = 0.0198  2  [PCl 3 ]=[Cl 2 ]= 0.0198 M  x = 

[PCl 5 ]= 0.0200 ­ 0.0198 = 0.0002 M

2 

0  + x  x 

6.  When 2.00 mol each of hydrogen and iodine are mixed in a 1.00­L flask, 3.50 mol of  HI is produced at equilibrium:  ˆˆ† 2 HI (g)  H2  (g)  +   I2  (g)  ‡ˆˆ  Calculate the equilibrium constant Kc  for this reaction.  ˆˆ† 2 HI (g)  H2  (g)    +        I2  (g)  ‡ˆˆ  2.00 M  2.00 M  0  – 1.75  – 1.75  + 3.50  0.25  0.25  3.50 

Initial  D  Equilibrium 

[HI]2 (3.50) 2  K C  =  =   = 196  [H 2 ] [I 2 ] (0.25) 2  7.  The equilibrium constant for the reaction  ˆˆ† SO3  (g)  +  NO (g)  SO2  (g)  +  NO2  (g)  ‡ˆˆ  has a numerical value of 3.00 at a given temperature.  1.50 mol each of SO2  and NO2  are mixed in a 1.00­L flask and allowed to reach equilibrium.  What percent of SO2  is  converted to product?  ˆˆ† SO3  (g)  +    NO (g)  SO2  (g)  +  NO2  (g)  ‡ˆˆ  Initial  D  Equilibrium 

1.50 M  – x  1.50 –x 

K C  = 

1.50 M  – x  1.50 –x 

[SO 3 ][NO]  x 2  =   = 3.00  [SO 2 ][NO 2 ] (1.50 ­ x) 2 

Taking square root of each side,  x  = 1.73  1.50 ­ x  x + 1.73 x = 2.595  x =  0.951  % = 

0  + x  x 

0.951  x100 = 63.4%  1.50

3 

0  + x  x 

8.  The following equilibrium exists at 1000 ºC with KC  = 2.00.  ˆˆ† CO2  (g)  +  CF4  (g)  2 COF2  (g)  ‡ˆˆ  If a 5.00­L mixture contains 0.145 mol COF2  , 0.262 mol of CO2  and 0.074 mol of CF4  at  1000 ºC, in which direction will the mixture proceed to reach equilibrium?  0.145 mol 0.262 mol  = 0.0290 M         [CO 2 ] =  = 0.0524 M  5.00 L 5.00 L  0.074 mol  [CF4 ] =  = 0.0148 M  5.00 L  [CO 2 ][CF4 ]  (0.0524)(0.0148)  Q c  =  =  = 0.922  [COF2 ]2 (0.0290) 2 

[COF2 ] = 

Since Q c