10.3: Обчислення значень рівноваги

Last updated
Save as PDF

Page ID: 18086

$ \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}}$

Числове значення константи рівноваги говорить нам щось про співвідношення реагентів і продуктів в кінцевій рівноважної суміші. Так само величина постійної рівноваги говорить нам про фактичний склад цієї суміші.

У трьох рівноважних системах перша зображує реакцію, при якій відношення продуктів до реагентів дуже мало. Оскільки вираз для константи рівноваги задається тиском (або концентрацією) продуктів, розділених на тиск (або концентрацію) реагентів, постійна рівноваги, K, для цієї системи також мала. У другому прикладі концентрації реагентів і продуктів показані рівними, роблячи співвідношення (постійна рівноваги) рівним «1». В останньому прикладі показано, що продукти домінують над рівноважною сумішшю, складаючи співвідношення ${\$ дуже великий. У цих прикладах стехіометричні співвідношення реагентів та продуктів є одним, і існує лише один реагент і лише один продукт; якщо задіяно кілька реагентів або продуктів, взаємозв'язок між їх концентраціями буде складнішим, але це співвідношення завжди задається виразом для К. Цей факт дозволяє брати дані для рівноважної реакції і, якщо відомо К, розрахувати концентрації для реагентів і продуктів. Так само, якщо відомі всі рівноважні концентрації, ми можемо використовувати їх для обчислення значення константи рівноваги.

У таких видах проблем часто корисний стіл ICE. Ця таблиця містить записи для початкових концентрацій (або тиску), рівноважних концентрацій та будь-яких змін між початковим та рівноважним станами. Наприклад, розглянемо реакцію між чадним газом і хлором з утворенням фосгена, смертоносної сполуки, яка використовувалася в якості агента газової війни в Першій світовій війні.

СО (г) + Сл ₂ (г) CoCl ₂ (г)

Приклад$\PageIndex{1}$:

A mixture of CO and Cl₂ has initial partial pressures of 0.60 atm for CO and 1.10 atm for Cl₂. After the mixture reaches equilibrium, the partial pressure of COCl₂ is 0.10 atm. Determine the value of K.

Solution

The initial pressures for carbon monoxide and chlorine are placed in the first row and the equilibrium pressure for phosgene is placed in the last row. Initially, the pressure of phosgene was zero, so that goes in the first row; the change for phosgene is therefore “+ 0.10 atm”.

Solutions to Example 10.3.1
	$P_{CO}$	${\ стиль відображення P_ {Cl_ {2}}}$	${\ стиль відображення P_ {CoCl_ {2}}}$
=== Початковий ===	0,60 атм	1,10 атм	0 атм
Змінити

+ 0,10 атм

Рівновага

0,10 атм

Оскільки один моль СО потрібно зробити один моль CoCl ₂ парціальний тиск СО повинен впасти на 0,10 атм (Зміна), щоб зробити CoCl ₂ з парціальним тиском 0,10 атм, даючи остаточний ( Рівноважний) тиск 0,50 атм для чадного газу. Так само один моль хлору потрібно зробити один моль CoCl ₂, що робить Зміна хлору 0,10 атм і рівноважний парціальний тиск 1,00 атм. Заповнена таблиця показана нижче:

Рішення до прикладу 10.3.1
	${\ стиль відображення P_ {CO}}$	${\ стиль відображення P_ {Cl_ {2}}}$	${\ стиль відображення P_ {CoCl_ {2}}}$
=== Початковий ===	0,60 атм	1,10 атм	0 атм
Змінити	-0.10 атм	-0.10 атм	+ 0,10 атм
Рівновага	0,50 атм	1,00 атм	0,10 атм

Рівноважний вираз для фосгенобразующей реакції задається наступним рівнянням:

\[\frac{P_{COCl_{2}}}{P_{CO}P_{Cl_{2}}}=K \nonumber \]

Substituting the values from the Table into this equation:

\[\frac{P_{COCl_{2}}}{P_{CO}P_{Cl_{2}}}=\frac{(0.10)}{(0.50)(1.00)}=0.20 \nonumber \]

Notice that equilibrium constants for gas phase reactions are not typically written with units, although units are sometimes used in equilibrium constants calculated from molar concentrations. Many textbooks differentiate between equilibrium constants calculated from partial pressures and molar concentrations by affixing subscripts; K_P and K_c. In this book, we will simply use K and K_c to represent the two; a value for K will always denote a constant calculated from partial pressure data.

Exercise $\PageIndex{1}$

For the reaction shown below, all four gasses are introduced into a vessel, each with an initial partial pressure of 0.500 atm, and allowed to come to equilibrium; at equilibrium, the partial pressure of SO₃ is found to be 0.750 atm. Determine the value of K.

SO₂ (g) + NO₂ (g) ⇄ SO₃ (g) + NO (g)

For the reaction shown above, the initial partial pressures of SO₃ and NO are 0.500 atm under conditions where the equilibrium constant is, K = 9.00. The equilibrium partial pressure for SO₂ is found to be 0.125 atm. Calculate the equilibrium partial pressure for SO₃.

Приклад\(\PageIndex{1}\):

Solution

Exercise \(\PageIndex{1}\)