Come calcolare le concentrazioni all'equilibrio in una reazione chimica

Come calcolare le concentrazioni all'equilibrio in una reazione chimica


Calcolare le concentrazioni all'equilibrio è un'abilità importante per il vostro successo in chimica generale o introduttivo. Per fortuna, non è in genere troppo difficile - purché si ricordi la tua algebra e sa come impostare l'equilibrio equazione costante, di solito si può risolvere senza troppi problemi. Ricordate, tuttavia, che la costante di equilibrio cambierà se i cambiamenti di temperatura, così si dovrebbe sempre assicurarsi che la costante di equilibrio che si sta utilizzando è valido per la temperatura in questione.

istruzione

1 Annotare l'equazione di reazione per il processo o reazione che si sta studiando. Queste informazioni saranno tipicamente sarà dato come parte del problema. Per esempio: Supponiamo che si sta studiando la reazione tra idrogeno e di bromo per formare il bromuro di idrogeno. La temperatura è di 1000 Kelvin. L'equazione di reazione sarà il seguente:

H2 (g) + Br2 (g) <----> 2 HBr (g)

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

2 Annotare la costante di equilibrio per la reazione. Anche questo sarà tipicamente dato a voi.

Esempio: La costante di equilibrio

H2 + Br2 <----> 2 HBr

a 1000 Kelvin è 3,8 x 10 ^ 4.

3 Impostare un'equazione costante di equilibrio. Ricordiamo che la costante di equilibrio K è pari alle attività dei prodotti della reazione, ciascuna elevato alla potenza del suo coefficiente nell'equazione reazione, moltiplicata per l'altro e diviso per le attività dei reagenti nella reazione, ciascuna sollevato per la potenza del suo coefficiente nell'equazione reazione e moltiplicato per l'altro. In altre parole, per qualsiasi reazione generico come il seguente:

aA + bB -> CC + dD

equilibrio equazione costante è K = (attività di C ^ c)

(attività di D ^ d) / (attività di A ^ a) (attività di B ^ b)

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

Esempio: In H2 + Br2 <----> 2 HBr, sia reagenti e prodotti sono gas, quindi la loro attività è pari alla loro concentrazione espressa come pressione parziale. L'equilibrio espressione costante, allora, è la seguente:

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

Notare quadrare la pressione parziale di HBr, poiché ha il coefficiente 2 nell'equazione reazione.

4 Elaborare una tabella di ICE. (ICE è solo una mnemonica utile per Inizializzazione> Change-> Equilibrium). Questa tabella avrà tre righe e una colonna per ogni reagente e prodotto. Le tre righe saranno la concentrazione iniziale di ciascuno, allora la variazione della concentrazione e infine la concentrazione di equilibrio di ciascuno. Utilizzare la lettera x come una variabile per rappresentare eventuali incognite.

Esempio: Nella reazione HBr, si dispone di tre righe (iniziale, il cambiamento e equilibrio) della tabella e tre colonne (HBr, BR2 e H2). La concentrazione iniziale di HBr è 0; la concentrazione iniziale di H2 e Br2 sarebbe normalmente sarà dato nel problema, quindi per questo esempio, assumere la pressione parziale iniziale di ciascuno è 1 bar. La variazione della concentrazione durante la reazione sia per H2 e Br2 è sconosciuto, in modo da chiamare x. Per ogni molecola di H2 e Br2 che reagiscono, si formano due molecole di HBr, pertanto la variazione di concentrazione per la HBr è 2x. E la concentrazione di equilibrio di ciascuna sarà uguale al più concentrazione iniziale o meno qualsiasi modifica. Di conseguenza, la concentrazione di equilibrio di HBr è 0 + 2x, mentre la concentrazione di equilibrio di Br2 è 1 - x e la concentrazione di equilibrio di H2 è 1 - x.

5 Sostituire i valori dal vostro tavolo ICE in equilibrio equazione costante.

Esempio: Il vostro equilibrio equazione costante è stato il seguente:

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

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

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

6 Semplificare il proprio equilibrio equazione costante e di trasformarlo in un'equazione di secondo grado con tutti e tre i termini fissati pari a zero. Questa parte vorrà un po 'di algebra - potrebbe essere necessario ripensare a quello che hai imparato al liceo qui.

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

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

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

K + K x ^ 2 - 2kx = (2x) ^ 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 combinare i primi due termini ottenere la seguente:

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

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

7 Utilizzare la formula quadratica per risolvere per x. Ricordatevi di inserire il valore di K è stata data in precedenza al fine di risolvere il problema. Anche ricordare che la formula quadratica è la seguente: x = -b +/- (b ^ 2 - 4ac) ^ 1/2 / 2a, dove a, b, c sono i coefficienti per i tre termini dell'equazione quadratica.

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

37996 x ^ 2-76.000 x + 3.8 x 10 ^ 4 = 0

È possibile collegare questi valori nella vostra equazione formula quadratica, dove a = 37996, b = -76.000 e c = 3.8 x 10 ^ 4. Una volta fatto ciò, si otterrà due risposte - come al solito con la formula quadratica. In questo caso le risposte capita di essere 0.989 e 1.01. La seconda risposta rende chiaramente non ha senso, perché non si può consumare più dei reagenti che si doveva presentare per iniziare. Pertanto, la prima risposta, 0.989, è quella corretta.

8 Inserire il valore di aver calcolato nuovamente al suo tavolo ICE per determinare la concentrazione finale dei prodotti e dei reagenti.

Esempio: 0.989 bar è x. Ma se vi ricordate dalla tabella ICE, la concentrazione finale di HBr era in realtà 2x, mentre la concentrazione finale di Br2 e H2 è stato di 1 - x. Pertanto, 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 e avvertenze

  • Una volta che hai il blocco di esso, questo diventerà abbastanza semplice. Gli errori più comuni e più frustrante non sono solitamente la parte chimica, ma la parte matematica - particolarmente la formula quadratica. E 'facile prendere a pugni in un numero in calcolatrice in modo errato e poi finiscono per chiedersi perché la risposta non ha alcun senso. Assicuratevi di controllare due volte il vostro lavoro.