Back to chapter

14.6:

Evenwichtsconcentratie Berekenen

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

Languages

Share

Onbekende evenwichtsconcentraties kunnen worden bepaald uit de beginconcentratie van de reactanten en de evenwichtsconstante, K, voor de reactie. Beschouw de reactie waarbij 0, 30 molair stikstofgas en 0, 40 molair zuurstofgas reageren om stikstofoxidegas te produceren en waarbij K 0, 10 is. Om de evenwichtsconcentraties te berekenen, worden de bekende waarden in een ICE-tabel weergegeven.Voor de concentratieverandering wordt de toename of afname voor elk respectievelijk product of reactant aangegeven met x maal de stoichiometrische coëfficiënt. De som of het verschil wordt gebruikt om de evenwichtsconcentraties te vinden, die vervolgens worden gesubstitueerd in de evenwichtsuitdrukking. Om x op te lossen, wordt de uitdrukking uitgebreid en worden alle termen op één kant gezet om deze om te zetten in de vorm:ax kwadraat plus bx plus c.Deze vergelijking kan worden opgelost met behulp van de kwadratische formule. Oplossen resulteert in twee waarden voor x:0, 047 en min 0, 065. Omdat de negatieve concentratie van een stof onmogelijk is, kan de waarde worden verworpen.Als je 0, 047 gebruikt voor x, zijn de evenwichtsconcentraties van stikstof, zuurstof en stikstofmonoxide respectievelijk 0, 25, 0, 35 en 0, 094 molair. De perfecte kwadratische voorwaarde is een situatie waarin een snelkoppeling kan worden gebruikt om de kwadratische formule te vermijden. De beginconcentraties van stikstof en zuurstof in de bovenstaande reactie waren bijvoorbeeld elk 0, 30 molair, de vergelijking wordt een perfect vierkant.In dergelijke gevallen kan de vergelijking worden vereenvoudigd door de vierkantswortel van beide zijden te nemen om x op te lossen.

14.6:

Evenwichtsconcentratie Berekenen

Being able to calculate equilibrium concentrations is essential to many areas of science and technology—for example, in the formulation and dosing of pharmaceutical products. After a drug is ingested or injected, it is typically involved in several chemical equilibria that affect its ultimate concentration in the body system of interest. Knowledge of the quantitative aspects of these equilibria is required to compute a dosage amount that will solicit the desired therapeutic effect.

A more challenging type of equilibrium calculation can be one in which equilibrium concentrations are derived from initial concentrations and an equilibrium constant. For these calculations, a four-step approach is typically useful:

  1. Identify the direction in which the reaction will proceed to reach equilibrium.
  2. Develop an ICE table.
  3. Calculate the concentration changes and, subsequently, the equilibrium concentrations.
  4. Confirm the calculated equilibrium concentrations.

Calculation of Equilibrium Concentrations

Under certain conditions, the equilibrium constant Kc for the decomposition of PCl5(g) into PCl3(g) and Cl2(g) is 0.0211. The above procedure can be used to determine the equilibrium concentrations of PCl5, PCl3, and Cl2 in a mixture that initially contained only PCl5 at a concentration of 1.00 M.

Step 1. Determine the direction the reaction proceeds.

The balanced equation for the decomposition of PCl5 is

Eq1

Because only the reactant is present initially, Qc = 0, and the reaction will proceed to the right.

Step 2. Develop an ICE table.

     PCl5 (g)        PCl3 (g)      Cl2 (g)  
Initial Concentration (M) 1.00 0 0
Change (M) x +x +x
Equilibrium Concentration (M) 1.00 − x x x

Step 3. Solve for the change and the equilibrium concentrations.

Substituting the equilibrium concentrations into the equilibrium constant equation gives

Eq2

An equation of the form ax2 + bx + c = 0 can be rearranged to solve for x:

Eq3

In this case, a = 1, b = 0.0211, and c = −0.0211. Substituting the appropriate values for a, b, and c yields:

Eq4

The two roots of the quadratic are, therefore,

Eq5

For this scenario, only the positive root is physically meaningful (concentrations are either zero or positive), and so x = 0.135 M. The equilibrium concentrations are

Eq6

Step 4. Confirm the calculated equilibrium concentrations.

Substitution into the expression for Kc (to check the calculation) gives

Eq7

The equilibrium constant calculated from the equilibrium concentrations is equal to the value of Kc given in the problem (when rounded to the proper number of significant figures).

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

Suggested Reading

  1. Lim, Kieran F. "Using graphics calculators and spreadsheets in chemistry: Solving equilibrium problems." Journal of Chemical Education 85, no. 10 (2008): 1347. https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/ed085p1347