Voorbeeldvrae en besprekings oor die gebruik van ewewigskonstantes in berekeninge
Inleiding
Chemie is die studie van stowwe en die veranderinge wat in daardie stowwe plaasvind. Een belangrike konsep in chemie is chemiese ewewig, waar 'n chemiese reaksie 'n toestand bereik waar die tempo van die voorwaartse reaksie gelyk is aan die tempo van die terugwaartse reaksie. In chemiese ewewig verander die konsentrasies van reaktante en produkte nie oor tyd nie. Hierdie konsep word beheer deur die ewewigskonstante (K), wat 'n konstante waarde by 'n gegewe temperatuur is en netto is van die konsentrasies van die komponente in die reaksie. Hierdie artikel sal voorbeelde en besprekings bespreek met behulp van die ewewigskonstante in berekeninge.
Ewewigskonstante, K
Die ewewigskonstante word dikwels in twee hoofvorme uitgedruk, naamlik Kc en Kp. Kc is die ewewigskonstante gebaseer op molêre konsentrasie, terwyl Kp die ewewigskonstante is gebaseer op parsiële druk van die gas.
Kc formule:
Vir reaksie:
\[ aA + bB \linker pyltjie cC + dD \]
Die ewewigskonstante gebaseer op konsentrasie word gegee deur:
\[ Kc = \frac{[C]^c[D]^d}{[A]^a[B]^b} \]
Kp-formule:
Vir gasreaksies:
[ aA(g) + bB(g) \linker pyltjie cC(g) + dD(g) \]
Die ewewigskonstante gebaseer op parsiële druk word gegee deur:
\[ Kp = \frac{(P_C)^c(P_D)^d}{(P_A)^a(P_B)^b} \]
Dit is bekend dat daar die volgende verband tussen Kp en Kc is:
\[ Kp = Kc(RT)^{\Delta n} \]
Waar:
– \(R \) is die gaskonstante (0.0821 L atm K⁻¹ mol⁻¹),
– \(T \) is die temperatuur in Kelvin,
– \(Δn \) is die verandering in die aantal mol gas (c+dab).
Voorbeeldvrae en bespreking
Voorbeeldvraag 1: Berekening van Kc
Vraag: By 'n sekere temperatuur is die ewewigskonstante vir die volgende reaksie 4,0:
\[ 2NO_2 \leftrightarrow N_2O_4 \]
Indien die konsentrasie van \([NO_2] \) by ewewig 0,6 M is, bereken die konsentrasie van \([N_2O_4] \) by daardie ewewig.
Bespreking:
Dit is bekend:
– \( Kc = 4,0 \)
– \( [NO_2] = 0,6 M \)
Die ewewigskonstante formule vir hierdie reaksie is:
\[ Kc = \frac{[N_2O_4]}{[NO_2]^2} \]
Vervang bekende waardes:
\[ 4,0 = \frac{[N_2O_4]}{(0,6)^2} \]
So:
\[ 4,0 = \frac{[N_2O_4]}{0,36} \]
\[ [N_2O_4] = 4,0 \maal 0,36 \]
\[ [N_2O_4] = 1,44 \, M \]
Dus is die konsentrasie van \([N_2O_4] \) by ewewig 1,44 M.
Voorbeeldvraag 2: Omskakeling van Kc na Kp
Vraag: Gegewe die reaksie:
\[ N_2(g) + 3H_2(g) \leftrightpyltjie 2NH_3(g) \]
By 500 K is die ewewigskonstante Kc 0,278. Bereken Kp vir die reaksie by daardie temperatuur.
Bespreking:
Die verband tussen Kc en Kp word gegee deur die vergelyking:
\[ Kp = Kc(RT)^{\Delta n} \]
Dit is bekend:
– \( Kc = 0,278 \)
– \( R = 0.0821 \, L atm K^{-1} mol^{-1} \)
– \(T = 500 \, K \)
– \( \Delta n = (2 – (1 + 3)) = -2 \)
Dus, vervanging van waardes:
[Kp = 0,278 keer (0.0821 keer 500)^{-2}]
\[ Kp = 0.278 \times (41.05)^{-2} \]
\[ Kp = 0.278 \times (1 / 1683.0025) \]
\[Kp = 0.278 \times 0.000594 \]
\[ Kp = 0.000165 \]
Dus, \(Kp \) vir die reaksie by 500 K is 0.000165.
Voorbeeld 3: Gebruik van Kp in gedeeltelike drukberekeninge
Vraag: Vir die volgende gasreaksie:
[ H_²(g) + I_²(g) ≈ 2HI(g) ]
Gegewe dat Kp by 450 K 50 is. As \( P_{H_2} = P_{I_2} = 0,2 \, atm \), bereken die parsiële druk van HI by ewewig.
Bespreking:
Dit is bekend:
– \( Kp = 50 \)
– \( P_{H_2} = 0,2 \, atm \)
– \( P_{I_2} = 0,2 \, atm \)
Die ewewigskonstante formule vir hierdie reaksie is:
\[ Kp = \frac{(P_{HI})^2}{P_{H_2} \times P_{I_2}} \]
Vervang bekende waardes:
[50 = \frac{(P_{HI})^2}{0,2 \times 0,2} \]
\[ 50 = \frac{(P_{HI})^2}{0.04} \]
So:
\[ (P_{HI})^2 = 50 \maal 0,04 \]
\[ (P_{HI})^2 = 2 \]
[P_{HI} = \sqrt{2} \]
[ P_{HI} ongeveer 1,414 atm]
Dus is die parsiële druk van HI by ewewig ongeveer 1,414 atm.
Afsluiting
Dit is noodsaaklik vir studente wat gevorderde chemie studeer om die konsep van ewewigskonstantes te verstaan en dit in chemiese berekeninge te kan gebruik. Hierdie artikel bied verskeie voorbeeldprobleme en 'n omvattende bespreking van die gebruik van die ewewigskonstantes Kc en Kp onder verskeie toestande. 'n Deeglike begrip van hierdie materiaal sal die oplossing van probleme met betrekking tot chemiese ewewigsreaksies vergemaklik.
