Evenwichtsconcentratie Voorbeeld Probleem

Evenwichtsconcentraties oplossen voor reacties met kleine waarden voor K

Getty Images/Atomic Imagery

Dit voorbeeldprobleem laat zien hoe de evenwichtsconcentraties kunnen worden berekend op basis van de beginomstandigheden en de evenwichtsconstante van de reactie. Deze evenwichtsconstante voorbeeld betreft een reactie met een 'kleine' evenwichtsconstante.

Probleem:

0,50 mol N_tweegas wordt gemengd met 0.86 mollen van O_tweegas in een tank van 2,00 L bij 2000 K. De twee gassen reageren om stikstofoxidegas te vormen door de reactie

N_twee(g) + O_twee(g) 2 NO (g).

Wat zijn de? evenwichtsconcentraties van elk gas?

Gegeven: K = 4,1 x 10^-4bij 2000 K

Oplossing:

Stap 1 - Vind initiële concentraties:

[N_twee]_O= 0,50 mol/2,00 L

[N_twee]_O= 0,25 M

[O_twee]_O= 0,86 mol/2,00 L

[O_twee]_O= 0,43 M

[NEE]_O= 0 M

Stap 2 - Vind evenwichtsconcentraties met aannames over K:

De evenwichtsconstante K is de verhouding van producten aan reactanten. Als K een heel klein getal is, zou je verwachten dat er meer reactanten dan producten zijn. In dit geval K = 4,1 x 10^-4is een klein aantal. In feite geeft de verhouding aan dat er 2439 keer meer reactanten zijn dan producten.

We kunnen heel weinig N . aannemen_tweeen O_tweezal reageren om NEE te vormen. Als het bedrag van N_tweeen O_tweegebruikt is X, dan zal zich slechts 2X van NO vormen.

Dit betekent dat bij evenwicht de concentraties zouden zijn:

[N_twee] = [N_twee]_O- X = 0,25 M - X
[O_twee] = [O_twee]_O- X = 0,43 M - X
[NEE] = 2X

Als we aannemen dat X verwaarloosbaar is in vergelijking met de concentraties van de reactanten, kunnen we hun effecten op de concentratie negeren

[N_twee] = 0,25 M - 0 = 0,25 M
[O_twee] = 0,43 M - 0 = 0,43 M

Vervang deze waarden in de uitdrukking voor de evenwichtsconstante

K = [NIET]^twee/[N_twee][O_twee]
4,1 x 10^-4= [2x]^twee/(0,25)(0,43)
4,1 x 10^-4= 4X^twee/0.1075
4,41 x 10^-5= 4X^twee
1.10 x 10^-5= X^twee
3,32 x 10^-3= X

Vervang X in de evenwichtsconcentratie-uitdrukkingen

[N_twee] = 0,25 M
[O_twee] = 0,43 M
[NEE] = 2X = 6,64 x 10^-3M

Stap 3 - Test je aanname:

Wanneer u aannames doet, moet u uw aanname testen en uw antwoord controleren. Deze aanname is geldig voor waarden van X binnen 5% van de concentraties van de reactanten.

Is X kleiner dan 5% van 0,25 M?
Ja - het is 1,33% van 0,25 M

Is X kleiner dan 5% van 0,43 M
Ja - het is 0,7% van 0,43 M

Vul je antwoord weer in de evenwichtsconstantevergelijking

K = [NIET]^twee/[N_twee][O_twee]
K = (6,64 x 10^-3M)^twee/(0,25 M) (0,43 M)
K = 4,1 x 10^-4

De waarde van K komt overeen met de waarde die aan het begin van het probleem is gegeven.De veronderstelling is bewezen valide. Als de waarde van X groter was dan 5% van de concentratie, dan is de kwadratische vergelijking zou moeten worden gebruikt zoals in dit voorbeeldprobleem.

Antwoorden:

De evenwichtsconcentraties van de reactie zijn

[N_twee] = 0,25 M
[O_twee] = 0,43 M
[NIET] = 6,64 x 10^-3M