Քիմիական հավասարակշռության վերաբերյալ հարցերի օրինակներ
Քիմիական հավասարակշռությունը քիմիայի կարևոր հասկացություն է, որը նկարագրում է այն վիճակը, երբ քիմիական ռեակցիայի ուղիղ և հակադարձ ռեակցիաների արագությունները հավասար են։ Այս պայմաններում ռեակտիվների և արգասիքների կոնցենտրացիաները մնում են անփոփոխ։ Այս հոդվածը կներկայացնի մի քանի օրինակելի խնդիրներ և դրանց լուծումները՝ քիմիական հավասարակշռության հասկացությունը հասկանալու համար։
Քիմիական հավասարակշռության հիմնական հասկացությունները
Քիմիական հավասարակշռություն է առաջանում, երբ քիմիական ռեակցիան կարող է ընթանալ շրջելիորեն կամ երկու ուղղություններով։ Շրջելի ռեակցիան կարելի է ներկայացնել հետևյալ կերպ.
\[ \text{aA} + \text{bB} \rightleftharpoons \text{cC} + \text{dD} \]
Որտեղ՝
– A-ն և B-ն ռեակտիվներ են,
– C-ն և D-ն արտադրյալներ են,
– a, b, c և d-ն յուրաքանչյուր նյութի ստեխիոմետրիկ գործակիցներն են։
Երբ հավասարակշռությունը հասնում է, ուղիղ ռեակցիայի արագությունը (որը հանգեցնում է արգասիքների առաջացմանը) հավասար է հակադարձ ռեակցիայի արագությանը (որը հանգեցնում է ռեակտիվների առաջացմանը): Այս պահին, չնայած ռեակցիան շարունակվում է դինամիկ կերպով, բոլոր նյութերի կոնցենտրացիաները մնում են անփոփոխ:
Հավասարակշռության հաստատուն (K)
Վերոնշյալ ռեակցիայի հավասարակշռության հաստատունը՝ K_c, կարող է արտահայտվել հետևյալ կերպ՝
\[ K_c = \frac{{[\text{C}]^c [\text{D}]^d}}{{[\text{A}]^a [\text{B}]^b}} \]
Որտեղ [X]-ը X նյութի մոլային կոնցենտրացիան է։ Գազային հավասարակշռության մեջ մասնակի ճնշումներն օգտագործելիս հավասարակշռության հաստատունը արտահայտվում է որպես \(K_p\)։
Քիմիական հավասարակշռության օրինակելի հարցեր
Հարց 1. Կոնցենտրացիայի տվյալներով ռեակցիաներ
1 լիտրանոց տարայի մեջ որոշակի ջերմաստիճանում տեղադրվում է 1 մոլ N₂ և 3 մոլ H₂ քանակություն։ Ռեակցիան ընթանում է հետևյալ կերպ.
\[ \text{N}_2(գ) + 3\text{H}_2(գ) \rightleftharpoons 2\text{NH}_3(գ) \]
Հավասարակշռության հասնելուց հետո հայտնաբերվում է 0,8 մոլ N₂: Հաշվարկեք հավասարակշռության հաստատունը՝ \(K_c\):
Քննարկում.
1. Որոշեք կոնցենտրացիայի փոփոխությունը.
Սկզբնապես, խալերի քանակը հետևյալն է.
– \([\text{N}_2]_{սկզբնական} = 1 \, \text{մոլ/Լ}\]
– \([\text{H}_2]_{սկզբնական} = 3 \, \text{մոլ/Լ}\]
– \([\text{NH}_3]_{սկզբնական} = 0 \, \text{մոլ/Լ}\]
Հավասարակշռության դեպքում մոլերի քանակը՝
– \([\text{N}_2] = 0,8 \, \text{mol/L}\]
N₂-ի փոփոխությունը = 1 – 0,8 = 0,2 մոլ/լ
2. Փոփոխությունների ստոխիոմետրիա.
\[
\text{N}_2(գ) + 3\text{H}_2(գ) \rightleftharpoons 2\text{NH}_3(գ)
\]
Այսպիսով, H₂-ի և NH₃-ի փոփոխությունները.
– \([\text{H}_2] = 3 \cdot 0,2 = 0,6 \, \text{մոլ/Լ}\]
– \([\text{NH}_3] = 2 \cdot 0,2 = 0,4 \, \text{մոլ/լ}\]
Մոլային հավասարակշռություն.
– \([\text{H}_2] = 3 – 0,6 = 2,4 \, \text{մոլ/Լ}\]
– \([\text{NH}_3] = 0 + 0,4 = 0,4 \, \text{մոլ/Լ}\]
3. Հաշվարկեք \(K_c\):
\[
K_c = \frac{[\text{NH}_3]^2}{[\text{N}_2][\text{H}_2]^3}
\]
Փոխարինեք արժեքները՝
– \([\text{NH}_3] = 0,4 \, \text{մոլ/Լ}\]
– \([\text{N}_2] = 0,8 \, \text{mol/L}\]
– \([\text{H}_2] = 2,4 \, \text{մոլ/Լ}\]
\[
K_c = \frac{(0,4)^2}{(0,8)(2,4)^3}
\]
\[
= \frac{0,16}{0,8 \cdot 13,824}
\]
\[
= \frac{0,16}{11,0592}
մոտավորապես 0,0145
\]
Հարց 2. Կոնցենտրացիայի փոփոխությունների ազդեցությունը
N₂O₄(g)-ի որոշակի քանակություն փակ տարայի մեջ քայքայվում է 2NO₂(g)-ի։ Որոշակի ջերմաստիճանում հավասարակշռության հաստատունը՝ K_c, 0,36 է։ Եթե N₂O₄(g)-ի սկզբնական կոնցենտրացիան 1,0 Մ է, և սկզբում NO₂(g) չկա, հաշվարկեք NO₂(g)-ի կոնցենտրացիան հավասարակշռության վիճակում։
Քննարկում.
1. ICE աղյուսակի օգտագործումը.
\[
\begin{հավասարեցնել}
\text{Ռեակցիա:} & \ \ \ \text{N}_2\text{O}_4(գ) \\ rightleftharpoons 2\text{NO}_2(գ) \\
\text{Սկզբնական՝} & \ \ [\text{N}_2\text{O}_4]_{0} = 1.0 \, \text{M}, \ [\text{NO}_2]_{0} = 0 \\
\text{Փոփոխություն:} & \ \ [\text{N}_2\text{O}_4]_{eq} = 1.0 – x, \ [\text{NO}_2]_{eq} = 2x \\
\end{հավասարեցնել}
\]
2. Կապվելով \(K_c\)-ի հետ՝
\[
K_c = \frac{[\text{NO}_2]^2}{[\text{N}_2\text{O}_4]}
= \frac{(2x)^2}{1.0 – x}
= \frac{4x^2}{1 – x}
\]
3. Որոշեք x-ը։
\[
K_c = 0,36
\]
Այսպիսով, փոխարինում.
\[
0,36 = \frac{4x^2}{1 – x}
\]
Խաչաձև բազմապատկում՝
\[
0,36(1 – x) = 4x^2
\]
\[
0,36 – 0,36x = 4x^2
\]
Տեղափոխեք բոլորը մի կողմ՝
\[
4x^2 + 0,36x – 0,36 = 0
\]
4. Քառակուսային հավասարումների լուծում.
Օգտագործեք քառակուսային բանաձևը՝
\[
x = \frac{-b \pm \sqrt{b^2 – 4ac}}{2a}
\]
Որտեղ a = 4, b = 0,36 և c = -0,36:
\[
x = \frac{-0,36 \pm \sqrt{(0,36)^2 – 4(4)(-0,36)}}{2(4)}
\]
\[
x = \frac{-0,36 \pm \sqrt{0,1296 + 5,76}}{8}
\]
\[
x = \frac{-0,36 \pm \sqrt{5,8896}}{8}
\]
Քանի որ կոնցենտրացիան չի կարող բացասական լինել, մենք ընտրում ենք դրական արմատ՝
\[
x \մոտավորապես 0,36
\]
5. NO₂ կոնցենտրացիան՝
\[
[\text{NO}_2]_{eq} = 2x = 2 \cdot 0,36 = 0,72 \, \text{M}
\]
Եզրակացություն
Քիմիական հավասարակշռության հասկացումը կարևոր է որոշակի պայմաններում քիմիական համակարգի արձագանքը կանխատեսելու համար: Գործնական պարապմունքների և խորը հասկացողության միջոցով մենք կարող ենք լուծել այս հասկացությանը վերաբերող խնդիրներ, նկարագրել համակարգի վերջնական վիճակը և հասկանալ փակ համակարգում քիմիական ռեակցիաների դինամիկան: Հավասարակշռության հաստատունի (K_c) ճանաչումը և օգտագործումը կհեշտացնի հավասարակշռության մեջ գտնվող համակարգում բոլոր տեսակների կոնցենտրացիաների կանխատեսումը:
