Pavyzdiniai klausimai ir diskusijos naudojant pusiausvyros konstantas skaičiavimuose
Pendahuluanas
Chemija – tai medžiagų ir jose vykstančių pokyčių tyrimas. Viena svarbi chemijos sąvoka yra cheminė pusiausvyra, kai cheminė reakcija pasiekia būseną, kurioje tiesioginės reakcijos greitis yra lygus atvirkštinės reakcijos greičiui. Cheminėje pusiausvyroje reagentų ir produktų koncentracijos laikui bėgant nekinta. Šią sąvoką apibrėžia pusiausvyros konstanta (K), kuri yra pastovi vertė tam tikroje temperatūroje ir yra gryna reakcijos komponentų koncentracijomis. Šiame straipsnyje bus aptarti pavyzdžiai ir diskusijos, naudojant pusiausvyros konstantą skaičiavimuose.
Pusiausvyros konstanta, K
Pusiausvyros konstanta dažnai išreiškiama dviem pagrindinėmis formomis: Kc ir Kp. Kc yra pusiausvyros konstanta, pagrįsta moline koncentracija, o Kp – pusiausvyros konstanta, pagrįsta dujų daliniu slėgiu.
Kc formulė:
Dėl reakcijos:
\[ aA + bB \rodyklė į kairę / į dešinę cC + dD \]
Pusiausvyros konstanta, pagrįsta koncentracija, apskaičiuojama pagal formulę:
_[Kc = _frac{[C]^c[D]^d}{[A]^a[B]^b}}]
Kp formulė:
Dujų reakcijoms:
\[ aA(g) + bB(g) \leftrightarrow cC(g) + dD(g) \]
Pusiausvyros konstanta, pagrįsta daliniais slėgiais, apskaičiuojama pagal formulę:
\[Kp = \frac{(P_C)^c (P_D)^d}{(P_A)^a (P_B)^b}}]
Yra žinoma, kad tarp Kp ir Kc yra toks ryšys:
\[Kp = Kc (RT)^{Delta n} \]
mano:
– \(R \) yra dujų konstanta (0.0821 L atm K⁻¹ mol⁻¹),
– \(T \) yra temperatūra kelvinais,
– \( \Delta n \) yra dujų molių skaičiaus pokytis (c + dab).
Pavyzdiniai klausimai ir diskusija
1 pavyzdžio klausimas: Kc apskaičiavimas
Klausimas: Tam tikroje temperatūroje šios reakcijos pusiausvyros konstanta yra 4,0:
\[ 2NO_2 \leftright rodyklė N_2O_4 \]
Jei pusiausvyros būsenoje \([NO_2] \) koncentracija yra 0,6 M, apskaičiuokite \([N_2O_4] \) koncentraciją toje pusiausvyros būsenoje.
Diskusija:
Yra žinoma:
– (Kc = 4,0)
– ([NO_2] = 0,6 mln.)
Šios reakcijos pusiausvyros konstantos formulė yra:
\[Kc = \frac{[N_2O_4]}{[NO_2]^2} \]
Pakeiskite žinomas vertes:
\[ 4,0 = \frac{[N_2O_4]}{(0,6)^2} \]
Taigi:
\[ 4,0 = \frac{[N_2O_4]}{0,36} \]
\[[N_2O_4] = 4,0 \x 0,36 \]
\[[N_2O_4] = 1,44 \, M \]
Taigi, \([N_2O_4] \) koncentracija pusiausvyros būsenoje yra 1,44 M.
2 pavyzdžio klausimas: Kc konvertavimas į Kp
Klausimas: Atsižvelgiant į reakciją:
\[ N_2 (g) + 3H_2 (g) \rodyklė kairėn dešinėn 2NH_3 (g) \]
Esant 500 K temperatūrai, pusiausvyros konstanta Kc yra 0,278. Apskaičiuokite reakcijos Kp vertę toje temperatūroje.
Diskusija:
Kc ir Kp santykis pateikiamas lygtimi:
\[Kp = Kc (RT)^{Delta n} \]
Yra žinoma:
– (Kc = 0,278)
– (R = 0.0821, L atm K₁⁻¹ mol₁)
– (T = 500 K)
– \( \Delta n = (2 – (1 + 3)) = -2 \)
Taigi, reikšmių pakeitimas:
\[Kp = 0,278 × (0.0821 × 500)^{-2} \]
\[Kp = 0.278 \x (41.05)^{-2} \]
\[Kp = 0.278 \kartą (1 / 1683.0025) \]
\[Kp = 0.278 × 0.000594 \]
\[Kp = 0.000165 \]
Taigi, reakcijos \(Kp \) esant 500 K temperatūrai yra 0.000165.
3 pavyzdys: Kp naudojimas dalinio slėgio skaičiavimuose
Klausimas: Šiai dujų reakcijai:
\[H_2(g) + I_2(g) \leftrightarrow 2HI(g) \]
Turint omenyje, kad Kp esant 450 K temperatūrai yra 50. Jei \(P_{H_2} = P_{I_2} = 0,2 \, atm \), apskaičiuokite HI dalinį slėgį pusiausvyros būsenoje.
Diskusija:
Yra žinoma:
– (Kp = 50)
– (P_{H_2} = 0,2, atm)
– (P_{I_2} = 0,2, atm)
Šios reakcijos pusiausvyros konstantos formulė yra:
\[Kp = \frac{(P_{HI})^2}{P_{H_2} × P_{I_2}}}]
Pakeiskite žinomas vertes:
\[50 = \frac{(P_{HI})^2}{0,2 \x 0,2} \]
\[50 = \frac{(P_{HI})^2}{0.04} \]
Taigi:
\[ (P_{HI})^2 = 50 × 0,04 \]
_[(P_{HI})^2 = 2 _]
\[P_{HI} = \sqrt{2} \]
\[ P_{HI} \apytiksliai 1,414 \, atm \]
Taigi, HI dalinis slėgis pusiausvyros būsenoje yra apie 1,414 atm.
Išvada
Suprasti pusiausvyros konstantų sąvoką ir gebėti jas naudoti cheminiuose skaičiavimuose yra labai svarbu studentams, studijuojantiems pažangiąją chemiją. Šiame straipsnyje pateikiami keli uždavinių pavyzdžiai ir išsami diskusija apie pusiausvyros konstantų Kc ir Kp naudojimą įvairiomis sąlygomis. Geras šios medžiagos supratimas padės spręsti su cheminėmis pusiausvyros reakcijomis susijusius uždavinius.
