10.2: Константа рівноваги

Last updated
Save as PDF

Page ID: 18087

$ \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } $ $ \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} $$\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$ $ \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$ $ \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$ $ \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$ $ \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$ $ \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$ $ \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$ $ \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$ $ \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$ $ \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$ $\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$ $ \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$ $ \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$ $ \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$ $ \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$ $ \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$ $ \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$ $ \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$ $ \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$ $ \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

Константа в рівнянні в розділі 10.1 називається постійною рівноваги для реакції. Те, що константа рівноваги для цієї реакції говорить нам, що, незалежно від тиску (або концентрації), суміш двох газів зазнає такої реакції, що співвідношення парціальних тисків досягають постійної величини, заданої постійною рівноваги, K. Після того, як це постійне співвідношення було досягнуто, чи означає це, що реакції припиняються? Звичайно, ні. В області ділянки, де концентрації N ₂, O ₄ і NO ₂ постійні (лінії рівні) N ₂ O ₄ все ще розкладається, утворюючи дві молекули NO 2 і дві молекули NO ₂ все ще реагують на синтез молекули N ₂ O ₄, але лінії рівні, оскільки швидкості двох хімічних реакцій стали постійними; N 2 O ₄ розкладається з тією ж швидкістю, як дві молекули NO ₂ реагують з утворенням N ₂ O ₄.

У теорії всі хімічні реакції є рівновагами. На практиці ж більшість реакцій настільки повільні в зворотному напрямку, що вважаються «незворотними». Коли реакція виділяє газ, утворює осад або протікає з генерацією великої кількості тепла або світла (наприклад, горіння) реакція по суті незворотна. Однак багато хімічних реакцій легко оборотні, і для цих реакцій математичний вираз для константи рівноваги можна записати, використовуючи простий набір правил.

Парціальні тиски (або молярні концентрації) продуктів записуються в чисельнику виразу, а парціальні тиски (або концентрації) реагентів записуються в знаменник.
Якщо є більше одного реагенту або більше одного продукту, парціальний тиск (або концентрації) множаться разом.
Парціальний тиск (або концентрація) кожного реагенту або продукту потім підвищується до потужності, яка чисельно дорівнює стехіометричному коефіцієнту, що з'являється з цим терміном у збалансованому хімічному рівнянні.
Реагенти або продукти, які присутні у вигляді твердих речовин або рідин або розчинників, мають певну активність 1. Тому, хоча їх активність формально фігурує в вираженні рівноваги, вони не впливають на значення константи рівноваги, і тому часто не пишуться в виразі.

Таким чином, для реакції азоту з газом водню з утворенням аміаку:

N ₂ (г) + 3 Н ₂ (г) 2 Н ₃ (г)

Вираз для константи рівноваги матиме парціальний тиск аміаку в чисельнику, і воно буде зведено в квадрат, що відповідає коефіцієнту «2» в збалансованому рівнянні; ${\ стиль відображення\ ліворуч (P_ {NH_ {3}}\ праворуч) ^ {2}}$ . Оскільки є два реагенти, парціальний тиск азоту та водню буде множитися в знаменнику. Парціальний тиск азоту підвищиться до «першої потужності» (що не показано) і парціальний тиск водню буде кубічно, що відповідає коефіцієнту «3»; ${\ стиль відображення\ ліворуч (P_ {N_ {2}}}\ праворуч)\ ліворуч (P_ {H_ {2}}\ праворуч) ^ {3}}$ . Остаточний вираз для константи рівноваги наведено в рівнянні нижче:

\[\frac{(P_{NH_{3}})^{2}}{P{N_{2}(P_{H_{2}})^{3}}}=K \nonumber \]

Exercise $\PageIndex{1}$

For the chemical reactions shown below, write an expression for the equilibrium constant in terms of the partial pressures of the reactants and products.

PCl₅ (g) ⇄ PCl₃ (g) + Cl₂ (g)
2 NOCl (g) ⇄ 2 NO (g) + Cl₂ (g)
PCl₃ (g) + 3 NH₃ (g) ⇄ P(NH₂)₃ (g) + 3 HCl (g)

ContribEEWikibooks
Tom Neils (Grand Rapids Community College)