Problem ravnotežne koncentracije

Reševanje ravnotežnih koncentracij za reakcije z majhnimi vrednostmi za K

Getty Images/Atomic Imagery

Ta primer problema prikazuje, kako izračunati ravnotežne koncentracije iz začetnih pogojev in ravnotežne konstante reakcije. to primer konstante ravnovesja zadeva reakcijo z „majhno“ ravnotežno konstanto.

Težava:

0,50 mola N_dvaplina se zmeša z 0,86 madeži od O_dvaplina v 2,00 L rezervoarju pri 2000 K. Plina reagirata in tvorita plin dušikov oksid z reakcija

n_dva(g) + O_dva(g) 2 NE(g).

Kaj so ravnotežne koncentracije vsakega plina?

Podano: K = 4,1 x 10^-4pri 2000 K

rešitev:

1. korak – Poiščite začetne koncentracije:

[N_dva]_O= 0,50 mol/2,00 L

[N_dva]_O= 0,25 M

[O_dva]_O= 0,86 mol/2,00 L

[O_dva]_O= 0,43 M

[NE]_O= 0 M

2. korak – Poiščite ravnovesne koncentracije z uporabo predpostavk o K:

Ravnotežna konstanta K je razmerje med izdelkov na reaktante. Če je K zelo majhno število, bi pričakovali, da bo reaktantov več kot produktov. V tem primeru je K = 4,1 x 10^-4je majhno število. Pravzaprav razmerje kaže, da je reaktantov 2439-krat več kot produktov.

Predvidevamo lahko zelo malo N_dvain O_dvabo reagiral na obliko NO. Če je količina N_dvain O_dvauporabljen je X, potem bo nastalo samo 2X NO.

To pomeni, da bi bile koncentracije v ravnovesju

[N_dva] = [N_dva]_O- X = 0,25 M - X
[O_dva] = [O_dva]_O- X = 0,43 M - X
[NE] = 2X

Če predpostavimo, da je X zanemarljiv v primerjavi s koncentracijami reaktantov, lahko zanemarimo njihove učinke na koncentracijo

[N_dva] = 0,25 M - 0 = 0,25 M
[O_dva] = 0,43 M - 0 = 0,43 M

Nadomestite te vrednosti v izraz za konstanto ravnovesja

K = [NI]^dva/[N_dva][O_dva]
4,1 x 10^-4= [2x]^dva/(0,25)(0,43)
4,1 x 10^-4= 4X^dva/0,1075
4,41 x 10^-5= 4X^dva
1,10 x 10^-5= X^dva
3,32 x 10^-3= X

Zamenjajte X v izraze za ravnotežno koncentracijo

[N_dva] = 0,25 M
[O_dva] = 0,43 M
[NE] = 2X = 6,64 x 10^-3M

3. korak - Preizkusite svojo domnevo:

Ko sklepate, morate svojo domnevo preizkusiti in preveriti svoj odgovor. Ta predpostavka velja za vrednosti X znotraj 5 % koncentracije reaktantov.

Ali je X manjši od 5 % od 0,25 M?
Da - to je 1,33% od 0,25 M

Ali je X manjši od 5 % od 0,43 M
Da - to je 0,7% od 0,43 M

Svoj odgovor vstavite nazaj v enačbo konstante ravnotežja

K = [NI]^dva/[N_dva][O_dva]
K = (6,64 x 10^-3M)^dva/(0,25 M)(0,43 M)
K = 4,1 x 10^-4

Vrednost K se ujema z vrednostjo, podano na začetku problema.Predpostavka je dokazano veljavna. Če je bila vrednost X večja od 5 % koncentracije, potem je kvadratna enačba bi bilo treba uporabiti kot v tem primeru problema.

odgovor:

Ravnotežne koncentracije reakcije so

[N_dva] = 0,25 M
[O_dva] = 0,43 M
[NI] = 6,64 x 10^-3M