Back to chapter

14.4:

חישוב קבוע שיווי משקל

JoVE Core
Chemistry
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Chemistry
Calculating the Equilibrium Constant

Languages

Share

את קבוע שיווי המשקל, Kc, ניתן לקבוע על ידי הצבת הערכים התואמים בתוך נוסחת קבוע שיווי המשקל, אם הריכוזים של כל המגיבים והתוצרים בשיווי המשקל ידועים לנו. תערובת גזית של גופרית דו-חמצנית וחמצן ב-530 מעלות צלזיוס יכולה להגיב בהתאם לתגובה המוצגת. בשיווי משקל, התערובת מכילה 0.1 מולים של גופרית דו-חמצנית, 0.15 מולים של חמצן ו-10.88 מולים של גופרית תלת-חמצנית.אם נציב את הערכים בנוסחת שיווי המשקל, נקבל ש-Kc שווה ל-10⁴×7.9. ניתן לחשב את Kc כל עוד הריכוז ההתחלתי של כל הרכיבים וריכוז שיווי משקל של לפחות מרכיב אחד ידוע לנו. ניתן לחשב את ריכוזי שיווי המשקל שאינם ידועים לנו באמצעות סטויכומטריה.טבלת ICE נועדה לארגון המידע על הריכוזיים ההתחלתיים, השינוי בריכוז במהלך התגובה ולמצב שיווי המשקל של התגובה. כשתערובת תגובה מכילה ריכוז מולרי של 0.11 עבור חנקן וריכוז מולרי של-0.36 עבור מימן מגיעה לשיווי משקל ב-500 מעלות צלזיוס, היא יוצרת אמוניה בריכוז מולרי 0‪02 בשיווי משקל. כדי לחשב את Kc, יש לחשב את ריכוזי שיווי המשקל של החנקן והמימן.הסטויכומטריה של התגובה מראה לנו שמול אחד של גז חנקן ושלושה מולים של גז מימן דרושים לנו כדי לייצר שני מולים של גז אמוניה. אם נכפיל את השינוי, x, במקדמים של המגיבים והתוצרים, נקבל את הריכוז של המגיבים שנצרכו ואת הריכוז של התוצרים שנוצרו עד להגעה לשיווי משקל. אם 2x שווה ל-0.02, אז x שווה ל-0.01.ניתן למצוא את ריכוז שיווי המשקל של חנקן ומימן באמצעות חיסור השינוי בריכוז מריכוזים ההתחלתיים שלהם, 0.1 ו-0.33 מולר, בהתאמה. הצבת ריכוזי שיווי המשקל בנוסחת Kc מגלה כי Kc שווה 0.11. Kp בתגובות המערבות גזים ניתן לחישוב באמצעות טבלת ICE ונוסחת שיווי המשקל שמוצבים בה לחצים חלקיים.

14.4:

חישוב קבוע שיווי משקל

The equilibrium constant for a reaction is calculated from the equilibrium concentrations (or pressures) of its reactants and products. If these concentrations are known, the calculation simply involves their substitution into the Kc expression.

For example, gaseous nitrogen dioxide forms dinitrogen tetroxide according to this equation:

Eq1

When 0.10 mol NO2 is added to a 1.0-L flask at 25 °C, the concentration changes so that at equilibrium, [NO2] = 0.016 M and [N2O4] = 0.042 M. The value of the equilibrium constant for the reaction can be calculated as follows:

Eq2

A slightly more challenging example is provided next, in which the reaction stoichiometry is used to derive equilibrium concentrations from the information provided. The basic strategy of this computation is helpful for many types of equilibrium computations and relies on the use of terms for the reactant and product concentrations initially present, for how they change as the reaction proceeds, and for what they are when the system reaches equilibrium. The acronym ICE is commonly used to refer to this mathematical approach, and the concentration terms are usually gathered in a tabular format called an ICE table.

Calculation of an Equilibrium Constant

Iodine molecules react reversibly with iodide ions to produce triiodide ions.

Eq3

If a solution with the concentrations of I2 and I both equal to 1.000 × 10−3 M before reaction gives an equilibrium concentration of I2 of 6.61 × 10−4 M, what is the equilibrium constant for the reaction?

To calculate the equilibrium constants, equilibrium concentrations are needed for all the reactants and products:

Eq4

The initial concentrations of the reactants and the equilibrium concentration of the product are provided. This information can be used to derive terms for the equilibrium concentrations of the reactants, presenting all the information in an ICE table.

      I2 (aq)        I(aq)    I3(aq)     
Initial Concentration (M) 1.000 × 10−3 1.000 × 10−3 0
Change (M) −x −x +x
Equilibrium Concentration (M)   1.000 × 10−3 − x       1.000 × 10-3 − x   x

At equilibrium the concentration of I2 is 6.61 × 10−4 M so that

Eq5

The ICE table may now be updated with numerical values for all its concentrations:

I2 (aq I(aq) I3(aq)
Initial Concentration (M)  1.000 × 10−3    1.000 × 10−3   0
Change (M)  −3.39 × 10−4    −3.39 × 10−4     +3.39 × 10-4  
Equilibrium Concentration (M)  6.61 × 10−4    6.61 × 10−4    3.39 × 10−4 

Finally, the equilibrium concentrations can be substituted into the Kc expression and solved:

Eq6

This text has been adapted from Openstax, Chemistry 2e, Section 13.4 Equilibrium Calculations.