Химическое равновесие описывает «устойчивое состояние» обратимой реакции, когда реагенты превращаются в продукты и наоборот с той же скоростью.
Химики характеризуют это состояние с помощью константа равновесия, Kп, и вы можете использовать полное выражение для этой константы, чтобы определить равновесное давление либо для реагентов, либо для продуктов. Этот процесс требует немного алгебры, но в конце вы получаете простое уравнение, которое можно использовать, чтобы найти равновесное давление для вашей реакции.
Константа равновесия
Процесс определения равновесного давления сильно зависит от того, как химики описывают равновесное состояние реакции. Для типовой газофазной реакции:
Общая формула для константы равновесия:
Здесь P_s относятся к парциальным давлениям газов A, B, C и D (обозначены нижними индексами). Вы можете легко запомнить эту формулу как «продукты по сравнению с реагентами», но эта простая форма действительна только в том случае, если каждый из компонентов реакции имеет стехиометрический коэффициент 1 (_a
, б, c а также d в приведенном выше уравнении). Помните, что эта формула действительна только в состоянии равновесия.В некоторых случаях вы можете увидеть константу равновесия, называемую Kc, и уравнение для него записано в терминах молярных концентраций, и соотношение между этими двумя значениями таково:
В этой формуле ∆п - изменение количества молей газа от реагентов к продуктам.
Преобразование уравнения
Ключом к решению этого уравнения для нахождения равновесного давления является введение величины Икс, что соответствует переходу от начального давления к равновесному. Представьте, что вы знаете давление реагентов, но не знаете, какое оно будет в состоянии равновесия. В этом случае вы можете просто записать каждое равновесное давление как (начальное давление = Икс).
Поскольку продукты в этом случае начинаются с парциальным давлением 0 (потому что их нет), их равновесное давление будет равно Икс. Если вам известна и сама константа равновесия, вы можете использовать эту информацию для определения неизвестных вам парциальных давлений.
Назовите начальное давление пя и обратите внимание, что оба реагента должны находиться под одинаковым давлением. Кроме того, чтобы упростить уравнение, это будет записано с коэффициентыа, б, c а также d как равный 1. Таким образом, вы можете записать уравнение как:
Преобразуя это уравнение для Икс позволяет вам найти разницу между начальным давлением и равновесным давлением для ваших реагентов, а также значение для продуктов. После извлечения квадратного корня из обеих частей, умножения на знаменатель дроби и еще одной перестановки уравнение для Икс является:
Это становится формулой равновесного парциального давления, когда вы замечаете, что равновесное давление ваших реагентов равно пя – Икс, а для ваших товаров это просто Икс.
Рассчитать равновесное давление
Работа над примером закрепит подход и поможет вам более комфортно использовать уравнение. Рассмотрим реакцию получения хлорметана:
С участием Kп = 5,900. Реагенты имеют начальное давление (в атмосферах, атм) пя = 0,75 атм. Вставьте эти значения в формулу и выполните вычисления, чтобы найти парциальные давления:
Это значение равновесного давления продуктов и реагентов, все, что вам нужно сделать, это вычесть это из начального значения. пя чтобы найти результат. Здесь 0,75 атм - 0,74 атм = 0,01 атм.