Ceisteanna Samplacha a Phléann Cothromaíocht Cheimiceach
Is coincheap tábhachtach sa cheimic é cothromaíocht cheimiceach a chuireann síos ar staid ina bhfuil rátaí na n-imoibrithe ar aghaidh agus ar ais in imoibriú ceimiceach cothrom. Faoin gcoinníoll seo, fanann tiúchan na n-imoibrithe agus na dtáirgí tairiseach. Cuirfidh an t-alt seo roinnt fadhbanna samplacha agus a réitigh ar fáil chun cabhrú le coincheap na cothromaíochta ceimicí a thuiscint.
Coincheapa Bunúsacha na Cothromaíochta Ceimicí
Tarlaíonn cothromaíocht cheimiceach nuair is féidir le himoibriú ceimiceach dul ar aghaidh go hinathraithe nó sa dá threo. Is féidir imoibriú inathraithe a shiombailiú mar seo a leanas:
[ \text{aA} + \text{bB} \text{deasleftharpoons \text{cC} + \text{dD} \]
An mana:
– Is imoibritheoirí iad A agus B,
– Is táirgí iad C agus D,
– is iad a, b, c, agus d comhéifeachtaí stoicheiméadracha gach substainte.
Nuair a shroichtear cothromaíocht, bíonn ráta an imoibrithe ar aghaidh (ag táirgeadh táirgí) cothrom le ráta an imoibrithe droim ar ais (ag táirgeadh imoibrithe). Ag an bpointe seo, cé go leanann an t-imoibriú ar aghaidh go dinimiciúil, fanann tiúchan na substaintí uile gan athrú.
Tairiseach Cothromaíochta (K)
Is féidir tairiseach cothromaíochta \(K_c\) don imoibriú thuas a chur in iúl mar:
\[ K_c = \frac{{[\text{C}]^c [\text{D}]^d}}{{[\text{A}]^a [\text{B}]^b}} \]
I gcás ina seasann [X] do thiúchan mólarach substaint X. Agus brúnna páirteacha in úsáid i gcothromaíocht gáis, léirítear an tairiseach cothromaíochta mar \(K_p\).
Ceisteanna Samplacha maidir le Cothromaíocht Cheimiceach
Ceist 1: Imoibrithe le Sonraí Tiúchana
Cuirtear méid de 1 mhóil de N₂ agus 3 mhóil de H₂ i gcoimeádán 1 lítear ag teocht áirithe. Leanann an t-imoibriú ar aghaidh mar seo a leanas:
[\text{N}_2(g) + 3\text{H}_2(g) \rightleftharpoons 2\text{NH}_3(g) \]
Tar éis cothromaíocht a bhaint amach, aimsítear 0,8 móil de N₂. Ríomh tairiseach na cothromaíochta \(K_c\).
Plé:
1. Faigh amach an t-athrú tiúchana:
Ar dtús, is é líon na mól ná:
– \([\text{N}_2]_{tosaigh} = 1 \, \text{mol/L}\]
– \([\text{H}_2]_{tosaigh} = 3 \, \text{mol/L}\]
– \([\text{NH}_3]_{tosaigh} = 0 \, \text{mol/L}\]
Ag cothromaíocht, líon na mól:
– \([\text{N}_2] = 0,8 \, \text{mol/L}\]
Athrú i N₂ = 1 – 0,8 = 0,2 mol/L
2. Stoicheiméadracht na n-athruithe:
\[
\text{N}_2(g) + 3\text{H}_2(g) \text{leftharpoons 2\text{NH}_3(g)
\]
Mar sin, athruithe le haghaidh H₂ agus NH₃:
– \([\text{H}_2] = 3 ≥ 0,2 = 0,6 \, \text{mol/L}\]
– \([\text{NH}_3] = 2 ≤ 0,2 = 0,4 \, \text{mol/L}\]
Cothromaíocht mhóil:
– \([\text{H}_2] = 3 – 0,6 = 2,4 \, \text{mol/L}\]
– \([\text{NH}_3] = 0 + 0,4 = 0,4 \, \text{mól/L}\]
3. Ríomh \(K_c\):
\[
K_c = \frac{[\text{NH}_3]^2}{[\text{N}_2][\text{H}_2]^3}
\]
Cuir na luachanna seo ina n-ionad:
– \([\text{NH}_3] = 0,4 \, \text{mól/L}\]
– \([\text{N}_2] = 0,8 \, \text{mol/L}\]
– \([\text{H}_2] = 2,4 \, \text{mól/L}\]
\[
K_c = \frac{(0,4)^2}{(0,8)(2,4)^3}
\]
\[
= \frac{0,16}{0,8 \cdot 13,824}
\]
\[
= \frac{0,16}{11,0592}
\thart ar 0,0145
\]
Ceist 2: Éifeacht na nAthruithe i dTiúchan
Déanann cainníocht de N₂O₄(g) dianscaoileadh ina 2NO₂(g) i gcoimeádán dúnta. Ag teocht áirithe, is é 0,36 an tairiseach cothromaíochta \(K_c\). Más é 1,0 M tiúchan tosaigh N₂O₄(g) agus mura bhfuil aon NO₂(g) ann ag an tús, ríomh tiúchan NO₂(g) ag an gcothromaíocht.
Plé:
1. Ag baint úsáide as Tábla ICE:
\[
ailínigh
Imoibriú: & N_2 O_4(g) rightleftharpoons 2 NO_2(g)
\text{Tosaigh:} & \ \ [\text{N}_2\text{O}_4]_{0} = 1.0 \, \text{M}, \ [\text{NO}_2]_{0} = 0 \\
Athrú: & [N_2O_4]_{cothromóid = 1.0 – x, [NO_2]_{cothromóid = 2x
\end{ailíniú}
\]
2. Ag ceangal le \(K_c\):
\[
K_c = \frac{[\text{NO}_2]^2}{[\text{N}_2\text{O}_4]}
= \frac{(2x)^2}{1.0 – x}
= \frac{4x^2}{1 – x}
\]
3. Faigh amach x:
\[
K_c = 0,36
\]
Mar sin, ionadú:
\[
0,36 = \frac{4x^2}{1 – x}
\]
Tras-iolrú:
\[
0,36(1 – x) = 4x^2
\]
\[
0,36 – 0,36x = 4x^2
\]
Bog gach rud go dtí an taobh amháin:
\[
4x^2 + 0,36x – 0,36 = 0
\]
4. Cothromóidí Cearnógacha a Réiteach:
Úsáid an fhoirmle chearnach:
\[
x = \frac{-b \pm \sqrt{b^2 – 4ac}}{2a}
\]
I gcás ina bhfuil a = 4, b = 0,36 agus c = -0,36:
\[
x = \frac{-0,36 \pm \sqrt{(0,36)^2 – 4(4)(-0,36)}}{2(4)}
\]
\[
x = \frac{-0,36 \pm \sqrt{0,1296 + 5,76}}{8}
\]
\[
x = \frac{-0,36 \pm \sqrt{5,8896}}{8}
\]
Ós rud é nach féidir leis an tiúchan a bheith diúltach, roghnaímid an fhréamh dhearfach:
\[
x \thart ar 0,36
\]
5. Tiúchan NO₂:
\[
[\text{NO}_2]_{eq} = 2x = 2 ⋅ 0,36 = 0,72 \, \text{M}
\]
Conclúid
Is í an eochair chun a thuar conas a imoibríonn córas ceimiceach faoi choinníollacha áirithe ná tuiscint a fháil ar chothromaíocht cheimiceach. Le cleachtadh agus tuiscint iomlán, is féidir linn fadhbanna a bhaineann leis an gcoincheap seo a réiteach, staid deiridh córais a chur síos, agus dinimic imoibrithe ceimiceacha i gcóras dúnta a thuiscint. Trí an tairiseach cothromaíochta (K_c) a aithint agus a úsáid, beidh sé níos éasca tiúchan na speiceas go léir i gcóras atá i gcothromaíocht a thuar.
