Come calcolare le concentrazioni all'equilibrio in una reazione chimica

Come calcolare le concentrazioni all'equilibrio in una reazione chimica

Calcolo delle concentrazioni all'equilibrio è un'abilità importante per il vostro successo in chimica generale o introduttivo. Fortunatamente, non è in genere troppo difficile - come lungo come si ricorda il tuo algebra e sa come impostare l'equazione di costante di equilibrio, di solito puoi risolverlo senza troppi problemi. Ricordate, però, che la costante di equilibrio cambierà se la temperatura cambia, così dovrebbe sempre assicurarsi che si utilizza la costante di equilibrio è valida per la temperatura in questione.

Istruzioni

• Scrivere l'equazione di reazione per il processo o la reazione che si sta studiando. Queste informazioni sono in genere avranno come parte del problema. Ad esempio: si supponga che si sta studiando la reazione tra idrogeno e bromo alla forma acido bromidrico. La temperatura è 1000 Kelvin. L'equazione di reazione sarà come segue:

H2 (g) + Br2 (g) <> – 2 HBr (g)

Si noti che la (g) indica che tutti i reagenti e prodotti in questo caso sono gas.

• Annotare il costante di equilibrio per la reazione. Questo troppo verrà in genere essere dato a voi.

Esempio: La costante di equilibrio per

H2 + Br2 <> – 2 HBr

a 1000 Kelvin è 3.8 x 10 ^ 4.

• Impostare un'equazione di equilibrio costante. Ricordate che il costante di equilibrio K è uguale per l'attività dei prodotti della reazione, ciascuno elevato alla potenza del suo coefficiente dell'equazione di reazione, moltiplicato da a vicenda e diviso per le attività dei reagenti nella reazione, ciascuno elevato alla potenza del suo coefficiente dell'equazione di reazione e moltiplicato per l'altro. In altre parole, per qualsiasi reazione generico simile al seguente:

aA + bB--> cC + dD

l'equazione di costante di equilibrio è K = (attività di C ^ c) (attività di D ^ d) / (attività della A ^ un) (attività di B ^ b)

In generale, di solito potete approssimare l'attività come segue. Per un puro liquido o un solido puro, l'attività è 1 e così pure liquidi e solidi non appaiono mai in un'espressione costante di equilibrio. L'attività di un soluto, invece, sarà la sua concentrazione, mentre l'attività di un gas sarà relativa pressione parziale.

Esempio: In H2 + Br2 <> – 2 HBr, entrambi i reagenti e prodotti sono gas, così la loro attività è uguale alla loro concentrazione espressa come pressione parziale. L'espressione costante di equilibrio, quindi, è come segue:

K = (pressione parziale di HBr) ^ 2 / ((pressione parziale di H2) * (pressione parziale di Br2))

Si noti che piazza la pressione parziale di HBr, dal momento che ha il coefficiente 2 nell'equazione di reazione.

• Elaborare una tabella di ghiaccio. (Il ghiaccio è solo un comodo tasto di scelta per iniziale -> Modifica -> equilibrio). Questa tabella avrà tre righe e una colonna per ogni reagente e prodotto. Le tre righe sarà la concentrazione iniziale di ciascuno, poi il cambiamento nella concentrazione e, infine, la concentrazione di equilibrio di ciascuno. Utilizzare la lettera x come variabile per rappresentare qualsiasi incognite.

Esempio: Nella reazione HBr, hai tre righe (iniziale, cambiamento ed equilibrio) nel vostro tavolo e tre colonne (HBr, Br2 e H2). La concentrazione iniziale di HBr è 0; la concentrazione iniziale di H2 e Br2 normalmente sarebbe dato a voi il problema, così per questo esempio, si supponga la pressione parziale iniziale di ciascuno è di 1 bar. Il cambiamento nella concentrazione durante la reazione per H2 e Br2 è sconosciuto, così si chiamerà lo x. Per ogni molecola di H2 e Br2 che reagiscono, si formano due molecole di HBr, quindi il cambiamento nella concentrazione per HBr è 2x. E la concentrazione di equilibrio di ciascuno sarà uguale alla concentrazione iniziale più o meno qualsiasi cambiamento. Di conseguenza, la concentrazione di equilibrio di HBr è 0 + 2 x, mentre la concentrazione di equilibrio di Br2 è 1 - x e la concentrazione di equilibrio di H2 è 1 - x.

• Sostituire i valori dal vostro tavolo di ghiaccio nell'equazione costante equilibrio.

Esempio: L'equazione di equilibrio costante era come segue:

K = (pressione parziale di HBr) ^ 2 / ((pressione parziale di H2) * (pressione parziale di Br2))

Sai dal vostro tavolo di ghiaccio che la pressione parziale di HBr è 2 x, mentre la pressione parziale di H2 è 1 - x e pressione parziale di Br2 è 1 - x. Così è sostituire questi valori nell'equazione equilibrio costante per ottenere quanto segue:

K = (2 x) ^ 2 / (1 - x)(1-x)

• Semplificare l'equazione di equilibrio costante e trasformarlo in un'equazione quadratica con tutti e tre i termini impostati uguali a zero. Questa parte vi porterà alcuni algebra..--potrebbe essere necessario ripensare a quello che hai imparato al liceo qui.

Esempio: Se si guarda l'equazione K = (2 x) ^ 2 / (1 - x)(1-x), è possibile moltiplicare entrambi i lati per il denominatore della frazione per ottenere quanto segue:

K (1 - x)(1-x) = (2 x) ^ 2

Ora è possibile espandere i due termini tra parentesi a sinistra effettuando l'operazione di moltiplicazione per ottenere quanto segue:

K + K x ^ 2 - 2Kx = (2 x) ^ 2

Ora sottrarre il risultato sulla destra da entrambi i lati per ottenere quanto segue:

K x ^ 2-4x ^ 2-2 Kx + K = 0

Ora unire i primi due termini per ottenere quanto segue:

(K - 4) x ^ 2-2 Kx + K = 0

È ora possibile utilizzare la formula quadratica per risolvere questa equazione.

• Utilizzare la formula quadratica per risolvere di x. ricordarsi di collegare il valore di K che ti sono stati forniti in precedenza al fine di risolvere il problema. Ricordate anche che la formula quadratica è come segue: x = -b + /-(b ^ 2 - 4ac) ^ 1/2 / 2a, dove a, b e c sono i coefficienti per i tre termini nell'equazione quadratica.

Esempio: Sai che K = 3.8 x 10 ^ 4. È possibile sostituire questo valore nella tua equazione come segue:

37996 x ^ 2-76000 x + 3,8 x 10 ^ 4 = 0

È possibile inserire questi valori nella tua equazione formula quadratica, dove un = 37996, b =-76000 e c = 3.8 x 10 ^ 4. Una volta che si esegue questa operazione, si otterrà due risposte..--come al solito con la formula quadratica. In questo caso queste risposte capita di essere 0,989 e 1,01. La seconda risposta chiaramente non ha senso, perché si non può consumare più reagenti che avevi presenti per cominciare. Pertanto, la prima risposta, 0,989, è quella giusta.

• Inserire il valore che hai calcolato schiena nella vostra tabella ICE per determinare la concentrazione finale dei prodotti e dei reagenti.

Esempio: 0,989 bar è x. Ma se ti richiamo dalla tabella ICE, la concentrazione finale di HBr era in realtà 2 x, mentre la concentrazione finale di Br2 e H2 era 1 - x. Di conseguenza, la nuova pressione parziale di HBr = 2 x 0,989 = 1.98 bar, mentre le nuove pressioni parziali di H2 e Br2 sono 0,011 bar ciascuno (circa).

Consigli & Avvertenze

  • Una volta che hai il blocco di esso, questo diventerà abbastanza semplice. Gli errori più comuni e più frustranti non sono solitamente la parte di chimica ma la parte matematica - particolarmente la formula quadratica. È facile per un pugno in un numero in vostro calcolatore in modo non corretto e quindi finiscono per chiedersi perché la risposta non ha alcun senso. Assicurarsi di controllare il vostro lavoro.