Voorbeeldvrae en bespreking van ewewig in oplossings
Inleiding
Chemiese ewewig is 'n fundamentele konsep in chemie wat noodsaaklik is vir die verstaan van chemiese reaksies. Ewewig in 'n oplossing is 'n toestand waar twee of meer teenoorgestelde reaksies teen dieselfde tempo plaasvind, sodat die konsentrasies van reaktante en produkte oor tyd konstant bly. In hierdie artikel sal ons verskeie voorbeelde van ewewig in oplossings bespreek en dit in detail bespreek. Ons hoop dat hierdie artikel jou begrip van die teorie van chemiese ewewig sal verdiep.
Basiese Konsepte van Chemiese Ewewig
Voordat ons met die voorbeeldvrae en bespreking begin, is dit belangrik om 'n paar basiese konsepte van chemiese ewewig te verstaan:
1. Dinamiese Ewewig: In 'n toestand van ewewig stop die reaksie nie, maar die voorwaartse reaksie en die terugwaartse reaksie vind teen dieselfde tempo plaas.
2. Ewewigskonstante (K): Word gebruik om aan te dui in watter mate 'n reaksie ewewig bereik. Die algemene formule vir die ewewigskonstante is:
\[ K = \frac{{[produk]}}{[reaktant]} \]
3. Wet van Massawerking: Die konsentrasie van elke stof in 'n reaksie word in eksponensiële vorm uitgedruk volgens die koëffisiënte in die chemiese vergelyking.
Voorbeeldvrae en bespreking
Voorbeeldvraag 1
Vraag:
Die ewewigsreaksievergelyking is soos volg bekend:
\[ N_2O_4 (g) \leftrightpyltjie 2NO_2 (g) \]
By 'n sekere temperatuur is die ewewigskonsentrasie van \(N_2O_4 \) 0.10 M en \(NO_2 \) 0.20 M. Bereken die waarde van die ewewigskonstante, \(K_c \), vir die reaksie.
Bespreking:
Die vergelyking vir die ewewigskonstante \(K_c \) is:
\[ K_c = \frac{{[NO_2]^2}}{[N_2O_4]} \]
Koppel die konsentrasiewaardes in die vergelyking:
\[ K_c = \frac{{(0.20)^2}}{0.10} \]
[K_c = \frac{{0.04}}{0.10} = 0.40 \]
Dus, die waarde van \(K_c \) vir die reaksie is 0.40.
Voorbeeldvraag 2
Vraag:
In 'n geslote houer ontbind \(PCl_5 \) gas in \(PCl_3 \) en \(Cl_2 \) volgens die vergelyking:
\[ PCl_5 (g) \leftrightarrow PCl_3 (g) + Cl_2 (g) \]
Indien die ewewigskonstante, \(K_c \), by 'n sekere temperatuur 0.200 is en by ewewig die konsentrasie van \(PCl_5 \) 1.00 M is, bereken die konsentrasies van \(PCl_3 \) en \(Cl_2 \) by ewewig.
Bespreking:
Veronderstel die konsentrasie van \(PCl_3 \) en \(Cl_2 \) by ewewig is x M. Gebaseer op die reaksievergelyking, neem die konsentrasie van \(PCl_5 \) ook met x M af.
Dus kan die ewewigsvergelyking geskryf word as:
\[ K_c = \frac{{[PCl_3][Cl_2]}}{[PCl_5]} \]
Vervang die waardes van \(K_c \) en die konsentrasie van \(PCl_5 \):
[ 0.200 = \frac{{x^2}}{(1.00 – x)} \]
Oplossing van kwadratiese vergelykings:
[ 0.200 = \frac{{x^2}}{(1.00 – x)} \]
\[ 0.200 (1.00 – x) = x^2 \]
\[ 0.200 – 0.200x = x^2 \]
\[ x^2 + 0.200x – 0.200 = 0 \]
Die oplossing vir hierdie kwadratiese vergelyking is x = 0.332 of x = -0.532 (die negatiewe oplossing is irrelevant, aangesien konsentrasie nie negatief kan wees nie).
Dus is die konsentrasie van \(PCl_3 \) en \(Cl_2 \) by ewewig 0.332 M.
Voorbeeldvraag 3
Vraag:
In oplossing kan hidroksiedione (\(OH^- \)) met ammoniumione (\(NH_4^+ \)) reageer om water (\(H_2O \)) en ammoniak (\(NH_3 \)) te vorm. Die reaksievergelyking is:
\[ NH_4^+ (aq) + OH^- (aq) \leftrightpyltjie H_2O (l) + NH_3 (aq) \]
Indien die ewewigskonstante (\(K_c \)) op 1.8 x 10^5 gestel is by 'n sekere temperatuur, en die aanvanklike konsentrasies van \(NH_4^+ \) en \(OH^- \) onderskeidelik 0.10 M en 0.15 M is, bereken die konsentrasie van \(NH_3 \) wanneer ewewig bereik word.
Bespreking:
Skryf die ewewigsvergelyking neer:
\[ K_c = \frac{{[NH_3]}}{[NH_4^+][OH^-]} \]
Gestel x is die konsentrasie van \(NH_3 \) wat by ewewig gevorm word, dan neem die konsentrasies van \(NH_4^+ \) en \(OH^- \) af met elke x.
[K_c = \frac{{x}}{(0.10 – x)(0.15 – x)}]
Vervang die waarde van \( K_c \):
[1.8 × 10^5 = \frac{{x}}{(0.10 – x)(0.15 – x)}]
Neem aan dat x baie klein is in vergelyking met 0.10 en 0.15 sodat (0.10 – x ≤ 0.10) en (0.15 – x ≤ 0.15):
[1.8 × 10⁻⁵ = \frac{x/(0.10)(0.15)]
[x = 1.8 × 10^5 × (0.10) × (0.15)]
\[x = 2.7 \]
Dus word die konsentrasie van \(NH_3 \) by ewewig geskat op 2.7 M.
Afsluiting
Uit die bespreking hierbo kan afgelei word dat die begrip van die konsep van chemiese ewewig noodsaaklik is vir die oplossing van verskeie probleme wat verband hou met ewewig in oplossings. Deur die wet van massawerking en die ewewigskonstante te gebruik, kan ons die konsentrasies van verskeie spesies in 'n reaksie bereken wanneer ewewig bereik word. Hierdie artikel raak slegs 'n paar basiese voorbeelde aan. In die praktyk kan chemiese ewewigsberekeninge baie meer kompleks wees, wat faktore soos temperatuur, druk en ioonaktiwiteit in oplossing insluit.
