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14.4: 平衡定数の計算
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Chemistry

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Calculating the Equilibrium Constant
 

14.4: 平衡定数の計算

ある反応の平衡定数は、その反応物と生成物の平衡濃度(または圧力)から計算できます。これらの濃度がわかっている場合、Kcの式に代入すると値が得られます。

例えば、気体の二酸化窒素は、次式によって四酸化二窒素を形成します。

Eq1

25°Cの1.0 Lのフラスコに0.10 molのNO2を加えると、その濃度が変化します。平衡状態では[NO2] = 0.016 M、[N2O4] = 0.042 Mとなり、この反応の平衡定数の値は次のように計算できます。

Eq2

次に、少し難しい例を示します。この例では、反応の化学量論を用いて、与えられた情報から平衡濃度を計算します。この計算の基本的なやり方は、多くの種類の平衡計算に役立ちます。最初に存在する反応物と生成物の濃度、反応の進行に伴って変化する濃度、そして系が平衡に達したときの濃度をそれぞれ考えます。これらの頭文字をとってICEと呼ばれるこのやり方は、ICE表と呼ばれる表形式で濃度に関する項をまとめると便利です。

平衡定数の算出

ヨウ素分子はヨウ化物イオンと可逆的に反応し、三ヨウ化物イオンを生成します。

Eq3

反応前のI2とIの濃度がともに1.000 × 10−3 Mの溶液で、I2の平衡濃度が6.61 × 10−4 Mになる場合、その反応の平衡定数はいくらでしょうか?

平衡定数を計算するには、すべての反応物と生成物の平衡濃度が必要です。

Eq4

いま、反応物の初期濃度と生成物の平衡濃度が既知です。この情報は、反応物の平衡濃度を算出するために使用することができ、ICE表にすべての情報をまとめます。

      I2 (aq)        I(aq)    I3(aq)     
初期濃度 (M) 1.000 × 10−3 1.000 × 10−3 0
濃度変化 (M) −x −x +x
平衡濃度 (M)   1.000 × 10−3 − x       1.000 × 10-3 − x   x

平衡状態では、I2の濃度は6.61 × 10−4 Mなので、

Eq5

ICE表を用いて、すべての濃度で新しい値を計算します。

I2 (aq I(aq) I3(aq)
初期濃度 (M)  1.000 × 10−3    1.000 × 10−3   0
濃度変化 (M)  −3.39 × 10−4    −3.39 × 10−4     +3.39 × 10-4  
平衡濃度 (M)  6.61 × 10−4    6.61 × 10−4    3.39 × 10−4 

最後に、平衡濃度をKcの式に代入します。

Eq6

上記の文章は以下から引用しました。 Openstax, Chemistry 2e, Section 13.4 Equilibrium Calculations.

Tags

Equilibrium Constant Kc Equilibrium Constant Expression Concentrations Reactants Products Equilibrium Gaseous Mixture Sulfur Dioxide Oxygen Sulfur Trioxide Initial Concentration Reaction Stoichiometry ICE Table Nitrogen Hydrogen Ammonia Gas

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