14.4
반응의 평형 상수는 반응물과 생성물의 평형 농도(또는 압력)로부터 계산됩니다. 이러한 농도를 알고 있는 경우 계산에는 단순히 K_c 표현으로의 대체가 포함됩니다.
예를 들어, 기체 이산화질소는 다음 방정식에 따라 사산화이질소를 형성합니다.

25 °C에서 1.0 L 플라…
평형 상수 Kc는 평형 상태에 있는 모든 반응물과 생성물의 농도를 알 수 있는 경우 해당 값을 평형 상수 식에 대입하여 결정할 수 있습니다. 섭씨 530도에서 이산화 황과 산소의 기체 혼합물은 표시된 반응에 따라 반응할 수 있습니다. 평형 상태에서 혼합물은 이산화황 0.10 몰 산소 0.15 몰, 삼산화황 10.88 몰을 포함합니다.
이 값들을 평형식에 대입하면 Kc는7.9 곱하기 10의 4승입니다. 또한 모든 성분의 초기 농도와 적어도 하나의 화합물의 평형 농도를 알고 있는 조건에서는 Kc를 계산할 수 있습니다. 그런 다음 반응의 화학양론을 사용하여 알려지지 않은 평형 농도를 계산할 수 있습니다.
ICE 표는 반응의 초기 상태, 변화 및 평형 농도에 대한 정보를 구성합니다. 질소 0.11 몰과 수소 0.36 몰을 포함한 반응 혼합물이 섭씨 500도에서 평형에 도달한다고 하면 평형 상채에서 암모니아 0.020몰이 생성됩니다. Kc를 계산하려면 질소와 수소의 평형 농도를 결정해야 합니다.
반응의 화학양론에 따르면 암모니아 기체 2몰을 생산하기 위해 1몰의 질소 기체와 3몰의 수소 기체가 필요합니다. 변화, x에 반응물과 생성물의 계수를 곱하면 소비된 반응물의 농도와 평형에 도달할 때까지 생성된 생성물의 농도를 나타냅니다. 2x는 0.020이므로 x는 0.010입니다.
그 다음 질소와 수소의 평형 농도는 각각의 농도 변화에서 각각 0.10과 0.33 몰을 가진 같은 초기 농도를 빼서 결정할 수 있습니다. Kc 식에서 평형 농도를 교체하면 Kc는 0.11과 같습니다. 기체를 포함하는 반응의 Kp는 ICE 표와 부분 압력으로 작성된 평형식을 사용하여 계산할 수 있습니다.
View the full transcript and gain access to JoVE Core videos
Q1: How do you calculate the equilibrium constant if all equilibrium concentrations are known?
Substitute the equilibrium concentrations of all reactants and products directly into the equilibrium constant expression, Kc. For example, a gaseous mixture at equilibrium containing 0.10 M sulfur dioxide, 0.15 M oxygen, and 10.88 M sulfur trioxide yields Kc = 7.9 × 10⁴ when substituted into the expression. This direct method requires knowing all equilibrium concentrations.
Q2: What is an ICE table and why is it used in equilibrium calculations?
An ICE table organizes Initial, Change, and Equilibrium concentrations for a reaction. It systematically tracks how concentrations change as a reaction reaches equilibrium, allowing you to calculate unknown equilibrium concentrations from initial concentrations and stoichiometry. This structured approach is essential when only initial concentrations and one equilibrium value are provided.
Q3: How do you use stoichiometry to find unknown equilibrium concentrations?
Use the reaction coefficients to relate concentration changes across all species. If 2x moles of ammonia form at equilibrium, then x moles of nitrogen are consumed and 3x moles of hydrogen are consumed based on the stoichiometry. Subtract these changes from initial concentrations to find equilibrium values, which can then be substituted into the Kc expression.
Q4: What information do you need to calculate Kc when equilibrium concentrations are unknown?
You need the initial concentrations of all reactants and products, plus the equilibrium concentration of at least one compound. Using reaction stoichiometry and an ICE table, you can derive the remaining equilibrium concentrations. For instance, knowing initial nitrogen and hydrogen concentrations and equilibrium ammonia concentration allows calculation of all equilibrium values needed for Kc.
Q5: How does the change variable x relate to reaction stoichiometry in an ICE table?
The variable x represents the extent of reaction. When multiplied by each species' stoichiometric coefficient, it gives the concentration change for that species. For the ammonia synthesis reaction, if 2x = 0.020 M ammonia produced, then x = 0.010 M, meaning 0.010 M nitrogen consumed and 0.030 M hydrogen consumed based on their coefficients.
Q6: Can you calculate Kp using the same ICE table method as Kc?
Yes, Kp for gaseous reactions can be calculated using an ICE table and the equilibrium expression written with partial pressures instead of concentrations. The same systematic approach of organizing initial, change, and equilibrium values applies, but you substitute partial pressure values into the Kp expression rather than molar concentrations.
Q7: What does the equilibrium constant value tell you about a reaction?
The magnitude of Kc indicates the extent of reaction at equilibrium. A large Kc, such as 7.9 × 10⁴, indicates the reaction strongly favors products at equilibrium. A small Kc, such as 0.11, indicates the reaction favors reactants. The value is temperature-dependent and characteristic of each reaction, allowing prediction of equilibrium composition.