Примерни въпроси и дискусии, използващи константи на равновесие в изчисленията
Пендахулуан
Химията е наука, изучаваща веществата и промените, които настъпват в тези вещества. Една важна концепция в химията е химичното равновесие, при което химичната реакция достига състояние, в което скоростта на правата реакция е равна на скоростта на обратната реакция. В химическото равновесие концентрациите на реагентите и продуктите не се променят с течение на времето. Тази концепция се определя от равновесната константа (K), която е постоянна стойност при дадена температура и е нето от концентрациите на компонентите в реакцията. Тази статия ще обсъди примери и дискусии, използващи равновесната константа в изчисленията.
Константа на равновесие, K
Равновесната константа често се изразява в две основни форми, а именно Kc и Kp. Kc е равновесната константа, базирана на моларната концентрация, докато Kp е равновесната константа, базирана на парциалното налягане на газа.
Формула на Кс:
За реакция:
\[ aA + bB \leftrightarrow cC + dD \]
Равновесната константа, базирана на концентрацията, се дава от:
\[ Kc = \frac{[C]^c[D]^d}{[A]^a[B]^b} \]
Формула на Kp:
За газови реакции:
\[ aA(g) + bB(g) \leftrightarrow cC(g) + dD(g) \]
Равновесната константа, базирана на парциални налягания, се дава от:
\[ Kp = \frac{(P_C)^c (P_D)^d}{(P_A)^a (P_B)^b} \]
Известно е, че между Kp и Kc съществува следната зависимост:
\[Kp = Kc (RT)^{Δn} \]
Къде:
– \( R \) е газовата константа (0.0821 L atm K⁻¹ mol⁻¹),
– \( T \) е температурата в Келвин,
– \( \Delta n \) е промяната в броя на моловете газ (c+dab).
Контох Соал и Пембахасан
Примерен въпрос 1: Изчисляване на Kc
Въпрос: При определена температура равновесната константа за следната реакция е 4,0:
\[ 2NO_2 \leftrightarrow N_2O_4 \]
Ако в равновесие концентрацията на \([NO_2] \) е 0,6 M, изчислете концентрацията на \([N_2O_4] \) в това равновесие.
Дискусия:
Известно е:
– \(Kc = 4,0 \)
– \( [NO_2] = 0,6 M \)
Формулата за равновесната константа за тази реакция е:
\[ Kc = \frac{[N_2O_4]}{[NO_2]^2} \]
Заместете известните стойности:
\[ 4,0 = \frac{[N_2O_4]}{(0,6)^2} \]
И така:
\[ 4,0 = \frac{[N_2O_4]}{0,36} \]
\[ [N_2O_4] = 4,0 \ по 0,36 \]
\[ [N_2O_4] = 1,44 \, M \]
Следователно, концентрацията на \([N_2O_4] \) в равновесие е 1,44 M.
Примерен въпрос 2: Преобразуване на Kc в Kp
Въпрос: Като се има предвид реакцията:
\[N_2(g) + 3H_2(g) \leftrightarrow 2NH_3(g) \]
При 500 K, равновесната константа Kc е 0,278. Изчислете Kp за реакцията при тази температура.
Дискусия:
Връзката между Kc и Kp е дадена от уравнението:
\[Kp = Kc (RT)^{Δn} \]
Известно е:
– \(Kc = 0,278 \)
– (R = 0.0821, L atm K₅mol₄)
– \(T = 500 \, K \)
– \( \Делта n = (2 – (1 + 3)) = -2 \)
И така, заместване на стойности:
\[Kp = 0,278 \ пъти (0.0821 \ пъти 500)^{-2} \]
\[Kp = 0.278 \t (41.05)^{-2} \]
\[ Kp = 0.278 \ пъти (1 / 1683.0025) \]
\[Kp = 0.278 \x 0.000594 \]
\[ Kp = 0.000165 \]
Следователно, \(Kp \) за реакцията при 500 K е 0.000165.
Пример 3: Използване на Kp при изчисления на парциално налягане
Въпрос: За следната газова реакция:
\[ H_2(g) + I_2(g) \leftrightarrow 2HI(g) \]
Като се има предвид, че Kp при 450 K е 50. Ако \( P_{H_2} = P_{I_2} = 0,2 \atm \), изчислете парциалното налягане на HI в равновесие.
Дискусия:
Известно е:
– \( Kp = 50 \)
– (P_{H_2} = 0,2 атм)
– \( P_{I_2} = 0,2 \, атм \)
Формулата за равновесната константа за тази реакция е:
\[ Kp = \frac{(P_{HI})^2}{P_{H_2} \t умножено по P_{I_2}} \]
Заместете известните стойности:
\[ 50 = \frac{(P_{HI})^2}{0,2 \tx 0,2} \]
\[ 50 = \frac{(P_{HI})^2}{0.04} \]
И така:
\[ (P_{HI})^2 = 50 \ по 0,04 \]
\[ (P_{HI})^2 = 2 \]
\[ P_{HI} = \sqrt{2} \]
\[ P_{HI} \приблизително 1,414 \, атм \]
По този начин, парциалното налягане на HI в равновесие е около 1,414 атм.
Заключение
Разбирането на концепцията за равновесните константи и умението да ги използва в химични изчисления е от решаващо значение за студентите, изучаващи висша химия. Тази статия предоставя няколко примерни задачи и подробна дискусия за използването на равновесните константи Kc и Kp при различни условия. Солидното разбиране на този материал ще улесни решаването на задачи, включващи равновесни химични реакции.
