Evenwichtsconcentratie Voorbeeld Probleem

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

Probleem:

0,50 mol N₂ gas wordt gemengd met 0,86 mol O₂ gas in een tank van 2,00 L bij 2000 K. De twee gassen reageren door de reactie stikstofoxide gas te vormen
N₂(g) + O₂(g) ↔ 2 NO (g).
Wat zijn de evenwichtsconcentraties van elk gas?
Gegeven: K = 4,1 x 10^-4 bij 2000 K

Oplossing:

Stap 1 - Vind de beginconcentraties:

[N-₂]_O = 0,50 mol / 2,00 L

[N-₂]_O = 0,25 M

[O₂]_O = 0,86 mol / 2,00 L

[O₂]_O = 0,43 M

[NEE]_O = 0 M

Stap 2 - Vind evenwichtsconcentraties met behulp van veronderstellingen over K:

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

We kunnen heel weinig N aannemen₂ en o₂ zal reageren om NO te vormen. Als het bedrag van N₂ en o₂ wordt X gebruikt, dan vormt zich slechts 2 NO.

Dit betekent dat bij evenwicht de concentraties zouden zijn

[N-₂] = [N₂]_O - X = 0,25 M - X
[O₂] = [O₂]_O - X = 0,43 M - X
[NO] = 2X
Als we aannemen dat X te verwaarlozen is in vergelijking met de concentraties van de reactanten, kunnen we hun effecten op de concentratie negeren
[N-₂] = 0,25 M - 0 = 0,25 M
[O₂] = 0,43 M - 0 = 0,43 M
Vervang deze waarden in de uitdrukking voor de evenwichtsconstante
K = [NO]²/ [N-₂][O₂]
4,1 x 10^-4 = [2X]²/(0.25)(0.43)
4,1 x 10^-4 = 4X²/0.1075
4,41 x 10^-5 = 4X²
1,10 x 10^-5 = X²
3,32 x 10^-3 = X
Vervang X door de uitdrukkingen van de evenwichtsconcentratie
[N-₂] = 0,25 M
[O₂] = 0,43 M
[NO] = 2X = 6.64 x 10^-3 M
Stap 3 - Test uw veronderstelling:
Wanneer u veronderstellingen maakt, moet u uw veronderstelling 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 evenwichtsconstante vergelijking
K = [NO]²/ [N-₂][O₂]
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 veronderstelling is bewezen geldig. Als de waarde van X groter was dan 5% van de concentratie, zou de kwadratische vergelijking moeten worden gebruikt zoals in dit voorbeeldprobleem.

Antwoord:

De evenwichtsconcentraties van de reactie zijn
[N-₂] = 0,25 M
[O₂] = 0,43 M
[NO] = 6,64 x 10^-3 M