14.4: Расчет константы равновесия

Константа равновесия для реакции рассчитывается на основе равновесных концентраций (или давлений) ее реагенты и продуктов. Если эти концентрации известны, расчет просто включает их замену в выражение Kc.

Например, газообразный диоксид азота образует тетраоксид динитрогена по этому уравнению:

При добавлении 0.10 моль NО₂ к фласке объемом 1.0 л при температуре 25 °C концентрация изменяется таким образом, что при равновесии, [NО₂] = 0.016 м и [N2O₄] = 0.042 M. значение равновесной постоянной для реакции можно рассчитать следующим образом:

Далее приводится несколько более сложный пример, в котором стехиометрия реакции используется для получения равновесных концентраций на основе предоставленной информации. Основная стратегия этих вычислений полезна для многих типов вычислений равновесия и основана на использовании терминов для концентраций реагент и продуктов, которые изначально присутствуют, для того, как они изменяются по мере реакции, и для того, что они являются, когда система достигает равновесия. Аббревиатура ICE обычно используется для обозначения этого математического подхода, и термины концентрации обычно собираются в табличном формате, называемом таблицей ICE.

Расчет константы равновесия

Молекулы йода реагируют ревербератно с ионами йодида, образуя трийодиды.

Если раствор с концентрациями I2 и I- равны 1.000 × 10-3 M до реакции, то какова равновесная концентрация I2 6.61 × 10-4 M?

Для расчета констант равновесия необходимо определить равновесные концентрации для всех реагенты и продуктов:

Приведены начальные концентрации реагенты и равновесная концентрация продукта. Эту информацию можно использовать для определения равновесных концентраций реагенты, представляя всю информацию в таблице ICE.

При равновесии концентрация I₂ составляет 6.61 × 10^-4 м так, что

Теперь таблицу ICE можно обновить числовыми значениями для всех ее концентраций:

Наконец, равновесные концентрации могут быть заменены на выражение Kc и решены:

Этот текст был адаптирован к расчетам равновесия Openstax, Химия 2е изд., раздел 13.4.

Константа равновесия Kc может быть определена путем подстановки соответствующих значений в выражение константы равновесия, если концентрации всех исходных веществ и продуктов реакции в состоянии равновесия известны. Газовая смесь диоксида серы и кислорода реагирует в соответствии с показанной реакцией при 530 градусах Цельсия. В равновесном состоянии смесь содержит 0, 10 моль диоксида серы, 0, 15 моль кислорода и 10, 88 моль триоксида серы.

Подставляя значения в выражение равновесия, Kc равно 7, 9 10⁴. Kc также можно рассчитать, если известны исходная концентрация всех компонентов и равновесная концентрация по крайней мере одного соединения. Затем неизвестные равновесные концентрации могут быть рассчитаны с использованием стехиометрии реакции.

Специальные таблицы используются для организации информации о начальной, изменяющейся и равновесной концентрациях реакции. Когда реакционная смесь, содержащая 0, 11 моль азота и 0, 36 моль водорода, достигает равновесия при 500 градусах Цельсия, она производит 0, 020 моль аммиака при достижении равновесия. Для расчета Kc необходимо определить равновесные концентрации азота и водорода.

Стехиометрия реакции показывает, что для получения 2 моль газообразного аммиака требуется 1 моль газообразного азота и 3 моля газообразного водорода. Изменение x, умноженное на коэффициенты исходных веществ и продуктов реакции, обозначает концентрацию прореагировавших исходных веществ и концентрацию продукта, образовавшегося для достижения равновесия. Поскольку 2x равно 0, 020, x равно 0, 010.

Равновесная концентрация азота и водорода затем может быть определена путем вычитания соответствующего изменения концентрации из их начальной концентрации, которая равна 0, 10 и 0, 33 моль соответственно. Подставляя равновесные концентрации в выражение Kc, Kc равно 0, 11. Kp для реакций с участием газов можно рассчитать с помощью таблицы концентраций в процессе реакции и выражения равновесия, записанного с парциальными давлениями.