Equilibrium Concentration Example Problem

Oplossen van evenwichtsconcentraties voor reacties met kleine waarden voor K

Dit voorbeeldprobleem laat zien hoe de evenwichtsconcentraties worden berekend uit initiële condities en de evenwichtsconstante van de reactie. Dit evenwichtsconstante voorbeeld betreft een reactie met een "kleine" evenwichtsconstante.

Probleem:

0,50 mol N 2 gas wordt gemengd met 0,86 mol 02-gas in een 2,00 L-tank bij 2000 K. De twee gassen reageren door de reactie stikstofmonoxide te vormen

N 2 (g) + O 2 (g) ↔ 2 NO (g).



Wat zijn de evenwichtsconcentraties van elk gas?

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

Oplossing:

Stap 1 - Beginconcentraties zoeken

[N 2 ] o = 0,50 mol / 2,00 L
[N2] o = 0,25 M

[O 2 ] o = 0,86 mol / 2,00 L
[O 2 ] o = 0,43 M

[NO] o = 0 M

Stap 2 - Zoek evenwichtsconcentraties aan de hand van aannames over K

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

We kunnen aannemen dat heel weinig N2 en O2 zullen reageren op NO. Als de gebruikte hoeveelheid N2 en O2 X is, zal er slechts 2X NO worden gevormd.

Dit betekent dat bij een evenwicht de concentraties zouden zijn

[N 2 ] = [N 2 ] o - X = 0,25 M - X
[O 2 ] = [O 2 ] o - X = 0,43 M - X
[NO] = 2X

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

[N2] = 0,25 M - 0 = 0,25 M
[O 2 ] = 0,43 M - 0 = 0,43 M

Vervang deze waarden in de uitdrukking voor de evenwichtsconstante

K = [NO] 2 / [N 2 ] [O 2 ]
4,1 x 10 -4 = [2X] 2 /(0.25)(0.43)
4,1 x 10-4 = 4X 2/0, 1075
4,41 x 10 -5 = 4X2
1,10 x 10-5 = X 2
3,32 x 10-3 = X

Vervang X door de evenwichtsconcentratie-uitdrukkingen

[N 2 ] = 0,25 M
[O 2 ] = 0,43 M
[NO] = 2X = 6,64 x 10-3 M

Stap 3 - Test uw aanname

Wanneer u aannames maakt, moet u uw aanname testen en uw antwoord controleren.

Deze veronderstelling is geldig voor waarden van X binnen 5% van de concentraties van de reactanten.

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

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

Steek je antwoord terug in de equilibrium constante vergelijking

K = [NO] 2 / [N 2 ] [O 2 ]
K = (6,64 x 10-3 M) 2 / ( 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 aanname is bewezen geldig. Als de waarde van X groter was dan 5% van de concentratie, dan zou de kwadratische vergelijking moeten worden gebruikt zoals in dit voorbeeldprobleem.

Antwoord:

De evenwichtsconcentraties van de reactie zijn

[N 2 ] = 0,25 M
[O 2 ] = 0,43 M
[NO] = 6,64 x 10-3 M