Koncentracja równowagowa Przykład problemu

Rozwiązywanie stężeń równowagowych dla reakcji o małych wartościach K

Getty Images/Atomowe obrazy

Ten przykładowy problem pokazuje, jak obliczyć stężenia równowagi na podstawie warunków początkowych i stałej równowagi reakcji. Ten przykład stałej równowagi dotyczy reakcji o „małej” stałej równowagi.

Problem:

0,50 moli N_dwagaz miesza się z 0,86 krety z O_dwagaz w zbiorniku o pojemności 2,00 l w temperaturze 2000 K. Te dwa gazy reagują, tworząc gazowy tlenek azotu przez reakcja

N_dwa(g) + O_dwa(g) 2 NO(g).

Jakie są stężenia równowagowe każdego gazu?

Biorąc pod uwagę: K = 4,1 x 10^-4przy 2000 tys

Rozwiązanie:

Krok 1 - Znajdź początkowe stężenia:

[N_dwa]_O= 0,50 mola/2,00 l

[N_dwa]_O= 0,25 mln

[O_dwa]_O= 0,86 mola/2,00 l

[O_dwa]_O= 0,43 mln

[NIE]_O= 0 mln

Krok 2 - Znajdź stężenia równowagowe, korzystając z założeń dotyczących K:

Stała równowagi K jest stosunkiem produkty do reagentów. Jeśli K jest bardzo małą liczbą, można oczekiwać, że będzie więcej reagentów niż produktów. W tym przypadku K = 4,1 x 10^-4to mała liczba. W rzeczywistości stosunek ten wskazuje, że jest 2439 razy więcej reagentów niż produktów.

Możemy założyć bardzo mało N_dwai O_dwazareaguje na formularz NO. Jeżeli ilość N_dwai O_dwaużywane jest X, wtedy powstanie tylko 2X NO.

Oznacza to, że w stanie równowagi stężenia byłyby

[N_dwa] = [N_dwa]_O- X = 0,25 M - X
[O_dwa] = [O_dwa]_O- X = 0,43 M - X
[NIE] = 2X

Jeśli założymy, że X jest nieistotne w porównaniu do stężeń reagentów, możemy zignorować ich wpływ na stężenie

[N_dwa] = 0,25 M - 0 = 0,25 M
[O_dwa] = 0,43 M - 0 = 0,43 M

Podstaw te wartości w wyrażeniu na stałą równowagi

K = [NIE]^dwa/[N_dwa][O_dwa]
4,1 x 10^-4= [2x]^dwa/(0.25)(0.43)
4,1 x 10^-4= 4X^dwa/0.1075
4,41 x 10^-5= 4X^dwa
1,10 x 10^-5= X^dwa
3,32x10^-3= X

Podstaw X do wyrażeń stężenia równowagowego

[N_dwa] = 0,25 M
[O_dwa] = 0,43 M
[NIE] = 2X = 6,64 x 10^-3M

Krok 3 - Sprawdź swoje założenie:

Kiedy robisz założenia, powinieneś przetestować swoje założenie i sprawdzić odpowiedź. Założenie to obowiązuje dla wartości X w granicach 5% stężeń reagentów.

Czy X jest mniejsze niż 5% z 0,25 M?
Tak – jest to 1,33% z 0,25 mln

Czy X jest mniejsze niż 5% z 0,43 M
Tak – jest to 0,7% z 0,43 mln

Umieść swoją odpowiedź z powrotem w równaniu stałej równowagi

K = [NIE]^dwa/[N_dwa][O_dwa]
K = (6,64 x 10^-3M)^dwa/(0,25 mln)(0,43 mln)
K = 4,1 x 10^-4

Wartość K zgadza się z wartością podaną na początku zadania.Założenie jest słuszne. Jeżeli wartość X była większa niż 5% stężenia, to równanie kwadratowe musiałby być użyty jak w tym przykładzie.

Odpowiadać:

Stężenia równowagowe reakcji wynoszą

[N_dwa] = 0,25 M
[O_dwa] = 0,43 M
[NIE] = 6,64 x 10^-3M