ثابت

بیایید بگوییم که شما یک راه حل تشکیل شده از دو واکنش دهنده در یک واکنش برگشت پذیر دارید. اگر آنها را به مدت طولانی ترک کنید ، آنها در نهایت به حالت تعادل پویا می رسند. این با دو چیز کلیدی مشخص می شود:

• میزان واکنش رو به جلو و میزان واکنش عقب مانده برابر است.
• غلظت محصولات و واکنش ها یکسان است.

اما اگر می خواهید ترکیب این مخلوط تعادل را بدانید ، چه می کنید؟اگر سعی می کنید مقادیر محصولات یا واکنش دهنده های موجود در راه حل را اندازه گیری کنید ، به احتمال زیاد شما در نهایت مزاحم سیستم خواهید شد. در عوض ، ما می توانیم از ثابت تعادل استفاده کنیم. در این مقاله ، ما می خواهیم به طور خاص روی KC ثابت تعادل تمرکز کنیم.

ثابت تعادل مقداری است که مقادیر واکنش دهنده ها و محصولات را در یک واکنش برگشت پذیر در تعادل پیوند می دهد.

• این مقاله در مورد ثابت تعادل ، KC است.
• ما با توضیح KC شروع خواهیم کرد و فرمولی را که برای محاسبه آن استفاده می شود ، طی می کنیم.
• سپس بررسی خواهیم کرد که چگونه واحدها را برای KC محاسبه می کنیم و از طریق دو مثال با هم کار می کنیم.
• در مرحله بعد ، ما برخی از سؤالات امتحان را طی خواهیم کرد تا بتوانید محاسبه KC را انجام دهید.
• پس از آن ، ما به آنچه می توانید از بزرگی KC استنباط کنید ، خواهیم دید.
• سرانجام ، ما به این نکته توجه خواهیم کرد که چه عواملی بر ارزش KC تأثیر می گذارد.

kc ثابت تعادل چیست؟

همانطور که در بالا اشاره کردیم ، ثابت تعادل مقداری است که مقادیر واکنش دهنده ها و محصولات را در یک مخلوط در تعادل پیوند می دهد. چند نوع مختلف تعادل ثابت وجود دارد ، اما امروز ما روی KC تمرکز خواهیم کرد.

KC یک ثابت تعادل است که غلظت واکنش دهنده ها و غلظت محصولات را در یک واکنش برگشت پذیر در تعادل پیوند می دهد.

دو نکته وجود دارد که باید در مورد KC ذکر شود:

• هرچه مقدار KC بالاتر باشد ، نسبت محصول در مقایسه با واکنش دهنده در تعادل بیشتر است.
• مقدار KC برای یک واکنش خاص در دمای خاص همیشه یکسان است ، مهم نیست که چه مقدار از محصولات یا واکنش دهنده ها را شروع می کنید.

معادله برای تعادل ثابت KC چیست؟

بیایید یک واکنش تعادل کلی ، که در زیر نشان داده شده است ، بگیریم.

KC غلظت اندازه گیری می کند. این بدان معنی است که محصولات و واکنش دهنده های ما باید مایع ، آبی یا گازی باشند. برای شروع ، ما به تعادل پویا همگن نگاه خواهیم کرد - این سیستمهایی هستند که در آن همه واکنش دهنده ها و محصولات در یک وضعیت قرار دارند. بعداً به تعادل ناهمگن خواهیم پرداخت.

در این واکنش ، واکنش دهنده های A و B نسبت به تشکیل محصولات C و D در نسبت مولی A: B: C: D واکنش نشان می دهند.

البته ، از آنجا که این یک واکنش برگشت پذیر است ، شما می توانید از راه دیگر به آن نگاه کنید - C و D واکنش نشان می دهد تا A و B. را تشکیل دهد. با این حال ، ما فقط از یک جهت به آن نگاه خواهیم کرد تا از پیچیده تر کردن چیزها جلوگیری کنیم.

معادله KC چیست؟خوب ، به نظر می رسد مانند این:

بیایید آن را تجزیه کنیم.

اول از همه ، براکت های مربع غلظت را نشان می دهند. بنابراین [A] به سادگی به معنای غلظت A در تعادل ، در. و نامه کوچک متن به سمت راست [A]؟این از نسبت مولی ناشی می شود. این بدان معناست که ما غلظت A را می گیریم و آن را به قدرت تعداد خال های A می پردازیم ، که در معادله واکنش آورده شده است.

توجه داشته باشید که در معادله ، غلظت محصولات در بالای کسری قرار دارد و غلظت واکنش دهنده ها در پایین است. ما همچنین می توانیم معادله را با از بین بردن EQM زیرنویس کوچک از هر غلظت ساده کنیم - مهم نیست ، تا زمانی که به یاد داشته باشید که در تعادل به غلظت نیاز دارید.

KCآنا Brewer ، Studysmarter Originals

یک مثال است

تعادل برای این واکنش چه خواهد بود؟

1. غلظت تعادل محصولات را بگیرید.
2. آنها را به قدرت نسبت مولی داده شده در معادله بالا ببرید.
3. آنها را با غلظت تعادل واکنش دهنده ها تقسیم کنید ، که به قدرت نسبت مولی داده شده در معادله افزایش یافته است.

در این حالت ، تنها محصول ما چنین است₃بشرما در معادله 2 مول از آن داریم. واکنش دهنده های ما چنین هستند₂و o₂بشرما دو مول از سابق و یک مول دوم داریم. بنابراین معادله ما برای KC باید به این شکل باشد:

در این مثال ، واکنش نمونه ای از تعادل همگن است - همه گونه ها در یک حالت هستند. چگونه می توان KC را برای تعادل ناهمگن محاسبه کرد؟

خوب ، KC شامل غلظت است. شما واقعاً نمی توانید غلظت یک جامد را اندازه گیری کنید. به عنوان مثال ، اگر ما یک تعادل شامل گازها و یک جامد داشته باشیم ، ما فقط در معادله KC جامد را نادیده می گیریم.

KC برای یک واکنش ناهمگن. آنا Brewer ، Studysmarter Originals

واحدهای ثابت تعادل برای KC

واحدهای KC می توانند از محاسبه تا محاسبه متفاوت باشند. این همه به واکنشی که با آن کار می کنید بستگی دارد. شما باید بدانید که چگونه می توانید این واحدها را محاسبه کنید ، یک قدم در یک زمان.

1. معادله را برای KC بگیرید.
2. غلظت هر گونه را با واحدهایی که غلظت در آن اندازه گیری می شود جایگزین کنید.
3. واحدها را از بالا و پایین معادله لغو کنید تا اینکه فقط با یک دوره باقی بمانید.

مثال قبلی ما را بگیریدتمام غلظت ها در Mol D M-3 اندازه گیری می شوند ، بنابراین معادله اکنون به این شکل است:

اگر آنها را لغو کنیم ، ما به این نتیجه می رسیم:

بعضی اوقات KC هیچ واحدی ندارد. به این معادله نگاه کنید تا یک واکنش استریزاسیون برگشت پذیر:

اگر معادله ای برای KC پیدا کنیم ، موارد زیر را دریافت می کنیم:

هنگامی که واحدها را وارد می کنیم ، (mol d m-3) (mol d m-3) را در بالا و (mol d m-3) (mol d m-3) در پایین قرار می دهیم. این امر 1 را لغو می کند ، بنابراین هیچ واحدی وجود ندارد:

محاسبه kc ثابت تعادل

در سؤالات امتحان ، معمولاً غلظت اولیه واکنش دهنده ها به شما داده می شود. در مورد برخی از جنبه های محلول تعادل به شما گفته می شود و باید غلظت همه واکنش دهنده ها و محصولات موجود در تعادل را بررسی کنید. سپس می توانید KC را کار کنید.

در یک ظرف مهر و موم شده با حجم 600 سانتی متر 3 ، 0. 500 مول ساعت₂و 0. 600 mol cl₂واکنش نشان دهید تا یک تعادل با معادله زیر ایجاد شود:

در تعادل ، 0. 400 مول هیدروکلراید در ظرف وجود دارد. برای KC مقدار پیدا کنید. واحدها را در پاسخ خود وارد کنید.

اول از همه ، بگذارید یک میز بسازیم. ما می خواهیم از اطلاعاتی که در این سؤال به ما داده شده است برای پر کردن این جدول استفاده کنیم. برای هر گونه ، ما تعداد خال ها را در شروع واکنش ، تغییر تعداد خال ها و تعداد خال در تعادل قرار خواهیم داد. شما همچنین می خواهید یک ردیف برای غلظت در تعادل داشته باشید.

برای شروع ، تعداد خال های همه گونه های موجود در شروع واکنش را بنویسید. این سوال را به ما داده شد. این سؤال به هیچ خال از اسید هیدروکلریک اشاره نشده است ، بنابراین می توانیم فرض کنیم که هیچ چیز وجود ندارد.

این سؤال به ما می گوید که در تعادل ، 0. 4 مول HCl وجود دارد. این مقدار را در جدول بنویسید.

اکنون می توانیم تغییر در خال HCl را انجام دهیم. در شروع واکنش ، هیچ HCL به هیچ وجه وجود ندارد. در تعادل ، 0. 400 مول وجود دارد. این تغییر +0. 400 است.

اگر نگاهی به معادله واکنش تعادل بیندازیم ، می توانیم ببینیم که برای هر دو مول HCl تشکیل شده ، یک مول از H₂و یک مول Cl₂استفاده می شودبنابراین نسبت مولی 1: 1: 2 است. برای پیدا کردن تعداد خال H₂و CL₂استفاده شده در واکنش ، تعداد خال های HCl تشکیل شده - تغییر در خال - را به 2 تقسیم کنید.

بنابراین 0. 200 مول H₂و 0. 200 مول CL₂در واکنش ، برای تشکیل 0. 400 مول HCl استفاده می شود. بنابراین تغییر در خال برای این دو گون ه-0. 200 است.

هنگامی که ما تغییر تعداد خال های هر گونه را می دانیم ، می توانیم تعداد خال های تعادل را بررسی کنیم. برای انجام این کار ، در شروع واکنش ، تغییر در خال را به تعداد خال ها اضافه کنید.

اینها را در جدول خود بنویسید.

به یاد داشته باشید که KC از غلظت تعادل استفاده می کند ، نه تعداد خال. اما از آنجا که ما حجم ظرف را می دانیم ، می توانیم به راحتی این کار را انجام دهیم.

به یاد داشته باشید که حجم خود را به. در این مورد، .

غلظت = تعداد مول حجم

جدول شما اکنون باید به این شکل باشد:

اکنون می توانیم به KC نگاه کنیم. این را برای واکنش به یاد داشته باشید. برای معادله ما ، KC به این شکل است:

توجه کنید که در معادله ، نسبت مولی H₂: CL₂: HCL 1: 1: 2 است. در KC ، بنابراین ما باید غلظت HCl را به قدرت 2 افزایش دهیم.

در مرحله بعد ، ما می توانیم مقادیر خود را برای غلظت در تعادل در معادله KC قرار دهیم:

این سؤال به تمام مقادیر 3 شکل مهم می دهد ، بنابراین ما نیز باید.

مرحله آخر یافتن واحدهای KC است. برای انجام این کار ، واحدهای هر یک از غلظت ها را در معادله برای KC قرار داده و آنها را لغو کنید. در این حالت ، آنها به طور کامل لغو می کنند تا 1. در اینجا ، KC هیچ واحد ندارد:

بنابراین پاسخ نهایی ما 1. 33 است.

این یک سوال دیگر است

5. 0 مول O₂و 5. 0 مول از SO₂به تعادل پویا در یک ظرف از حجم 12 dm 3 برسید. تعادل حاوی 3. 0 مول از SO است₃بشرKC را پیدا کنید و به واحدهای خود بدهید. معادله زیر ممکن است به شما کمک کند:

بیایید جدول خود را مانند گذشته بنویسیم:

در تعادل ، ما 3 مول از SO داریم₃بشربنابراین تغییر خال ها +3 است. از آنجا که نسبت مولی ما 1: 2: 2 است ، تغییر در خال برای o₂بای د-0. 15 باشد و تغییر در خال برای چنین است₂بای د-0. 3 باشد. اکنون می توانیم با استفاده از حجم داده شده از 12 dm 3 ، تعداد خال های هر گونه در تعادل و غلظت آنها را تهیه کنیم:

جدول شما باید به این شکل باشد:

معادله KC به شرح زیر است:

زیر غلظت ما می دهد:

برای یافتن واحدها ، باید واحدهای غلظت ها را لغو کنیم:

بنابراین پاسخ کلی ما 7. 7 مو ل-1 DM 3 است.

در تلاش برای رسیدن به محاسبه KC هستید؟در اینجا یک نمودار جریان مفید وجود دارد که باید این روند را برای شما ساده کند.

نمودار نمودار شما می توانید برای محاسبه KC استفاده کنید. آنا Brewer ، Studysmarter Originals

کار به عقب از KC

بعضی اوقات ، ممکن است برای واکنشی به KC داده شود و مجبور شوید تعداد خال های هر گونه در تعادل را بررسی کنید. این کمی سخت تر است و شامل حل یک معادله درجه دوم است. بیایید از طریق یک مثال با هم کار کنیم.

1 مول اتیل اتانوات و 5 مول آب با هم واکنش نشان می دهند تا یک تعادل پویا در یک ظرف با حجم از آن تشکیل دهند. KC برای این واکنش 10. 0 است. تعداد خال های هر ماده را در تعادل پیدا کنید ، با استفاده از معادله زیر برای کمک به شما:

بیایید با نوشتن مقادیری که در یک جدول می دانیم شروع کنیم. می دانیم که در ابتدا ، 1 مول اتیل اتانوات و 5 مول آب داریم. برای تشکیل یک تعادل ، برخی از اتیل اتانوات و آب برای تشکیل اتانول و اسید اتانویک واکنش نشان می دهند.

ما همچنین می دانیم که نسبت مولی 1: 1: 1: 1 است. برای هر خال از اتیل اتانوت که استفاده می شود ، از یک مول آب نیز استفاده می شود و هر یک از اتانول و اسید اتانوئیک را یک مول تشکیل می دهد. با این حال ، ما نمی دانیم که چه میزان از اتیل اتانوات و آب واکنش نشان می دهند. ما می توانیم این مقدار ناشناخته را با استفاده از نماد x نشان دهیم.

ما با 1 مول اتیل اتانوات شروع کردیم. اگر مول های X این واکنش نشان دهند ، آنگاه مخلوط تعادل ما حاوی 1 - x مول اتیل اتانوات خواهد بود. به همین ترتیب ، ما با 5 مول آب شروع کردیم. از آنجا که نسبت مولی 1: 1: 1: 1 است ، x خال آب نیز واکنش نشان می دهد ، بنابراین تعداد خال های آب در تعادل 5 - x است.

چه مقدار اتانول و اسید اتانوئیک در تعادل داریم؟ما با 0 مول از هر یک شروع کردیم و از نسبت مولی می دانیم که از هر یک مولر تولید خواهیم کرد. این بدان معناست که در تعادل ، ما دقیقاً مولت اتانول و X اسید اتانوئیک داریم.

اگر یک جدول درست کنید که تمام مقادیر را نشان می دهد ، باید چیزی شبیه به این باشد:

برای یافتن غلظت هر گونه در تعادل ، تعداد خال های هر گونه را در تعادل بر اساس حجم ظرف تقسیم می کنیم. در این حالت ، حجم 1 dm 3 است. هر چیزی که بر اساس 1 تقسیم شود ، به خودی خود می دهد ، بنابراین در اینجا غلظت تعادل همان تعداد تعادل خال است.

حالا بیایید معادله ای را برای KC بنویسیم.

ما می توانیم برای غلظت مقادیر خود را زیر نظر بگیریم. در سؤال ، ما نیز برای KC ارزش داده شد ، که می توانیم در آن نیز قرار بگیریم. این بدان معنی است که تنها ناشناخته X است:

هر دو طرف معادله را توسط (1-x) (5-X) ضرب کنید:

براکت ها را گسترش دهید تا از نظر X یک معادله درجه دوم بسازید و دوباره تنظیم کنید تا 0 برابر شود:

اکنون می توانید این کار را با استفاده از ماشین حساب خود حل کنید. شما باید دو مقدار برای x: 5. 69 و 0. 976 دریافت کنید. از کجا می دانید کدام یک صحیح است؟

خوب ، به یاد داشته باشید که X با تعداد خال های اتیل اتانوات و آب که برای ایجاد یک تعادل پویا واکنش نشان داده اند ، برابر است. ما فقط با 1 مول اتیل اتانوات شروع کردیم. اگر 5. 69 مول اتیل اتانوت واکنش نشان دهد ، ما ب ا-4. 69 مول باقی می مانند ، که امکان پذیر نیست - شما نمی توانید تعداد منفی خال داشته باشید! بنابراین ، x باید برابر 0. 976 باشد.

برای به پایان رساندن این سؤال ، اکنون می توانیم تعداد خال های هر گونه در تعادل را پیدا کنیم:

شاید متوجه شده باشید که ما فقط KC را برای سیستم های همگن محاسبه کرده ایم. اینها سیستمهایی هستند که تمام محصولات و واکنش دهنده ها در یک حالت قرار دارند - به عنوان مثال ، تمام مایعات یا تمام گازها. با این حال ، اگر برخی از گونه ها جامد باشند ، می توانیم KC را برای مخلوط های ناهمگن نیز محاسبه کنیم. در این موارد ، معادله KC به سادگی مواد جامد را نادیده می گیرد.

مثال زیر را بگیرید:

برای این واکنش ،. ما غلظت مس و نقره را نادیده می گیریم زیرا آنها جامد هستند.

بزرگی kc ثابت تعادل

از بزرگی KC ، می توانیم چیزهای مهمی را در مورد واکنش در آن دمای خاص استنباط کنیم:

• اگر KC کمتر از 1 باشد ، آنگاه مخرج معادله برای KC باید بزرگتر از شمارنده باشد. بنابراین ، ما غلظت بالاتری از واکنش دهنده ها نسبت به محصولات در تعادل داریم. این بدان معنی است که موقعیت تعادل در سمت چپ قرار دارد و واکنش عقب غالب است.
• اگر KC برابر با 1 باشد ، پس شماره و مخرج معادله برای KC باید یکسان باشد. بنابراین ، ما غلظت برابر با واکنش دهنده ها و محصولات در تعادل داریم. این بدان معنی است که موقعیت تعادل در وسط قرار دارد.
• اگر KC از 1 بیشتر باشد ، شماره دهنده معادله برای KC باید بزرگتر از مخرج باشد. بنابراین ، ما غلظت بالاتری از محصولات نسبت به واکنش دهنده ها در تعادل داریم. این بدان معنی است که موقعیت تعادل در سمت راست نهفته است و واکنش رو به جلو غالب است.

عوامل مؤثر بر KC ثابت تعادل

سرانجام ، بیایید نگاهی به عواملی که بر KC تأثیر می گذارد ، نگاهی بیندازیم. به یاد آوردن این بسیار آسان است - فقط دما بر KC تأثیر می گذارد. فشار ، غلظت و وجود یک کاتالیزور هیچ تاثیری در KC ندارد.

این واکنش مثال را بگیرید:

اگر دما را کاهش دهیم ، واکنش رو به جلو گرمسیری مورد علاقه قرار می گیرد و بنابراین تعادل به سمت راست تغییر می کند. بیشتر محصول تولید می شود ، به این معنی که غلظت آن افزایش می یابد و بنابراین مقدار KC نیز افزایش می یابد. افزایش دما از واکنش عقب مانده و ارزش KC را کاهش می دهد.

کاربردهای ثابت تعادل kc

KC ثابت تعادل مفید است زیرا به ما امکان می دهد شرایط تعادل را دستکاری کنیم تا بتوانیم بر عملکرد تأثیر بگذاریم. یک مثال فرآیند هابر است که برای ساخت آمونیاک استفاده می شود. در واقع ، این واکنشی است که ما دقیقاً در بالا کاوش کردیم:

ما می دانیم که در یک دمای خاص ، KC همیشه ثابت است - نام آن کمی هدیه است. این بدان معناست که در تعادل ، همیشه همان نسبت محصولات به واکنش دهنده ها در مخلوط وجود خواهد داشت. در این حالت ، محصول ما آمونیاک است و واکنش دهنده های ما نیتروژن و هیدروژن هستند.

بیایید بگوییم که ما می خواهیم عملکرد آمونیاک خود را به حداکثر برسانیم. برای انجام این کار ، می توانیم تعداد زیادی گاز نیتروژن و هیدروژن را به مخلوط اضافه کنیم. این باعث افزایش غلظت آنها می شود. با این حال ، KC می گوید که نسبت نیتروژن و هیدروژن به آمونیاک نمی تواند تغییر کند ، بنابراین مقداری نیتروژن و هیدروژن به آمونیاک تبدیل می شوند تا غلظت ها را به سطح تعادل خود برگردانند. واکنش رو به جلو مورد علاقه است و عملکرد آمونیاک ما افزایش می یابد. این فقط یک نمونه از کاربرد KC است.

ثابت تعادل - غذای اصلی

• KC نوعی ثابت تعادل است که غلظت واکنش دهنده و غلظت محصول را در یک مخلوط در تعادل پیوند می دهد.
• هرچه مقدار KC بیشتر باشد ، نسبت محصول در نسبت به واکنش دهنده در تعادل بیشتر است.
• برای واکنش عمومی AA + BB ⇌ CC + DD ،.

برای یافتن واحدهای KC ، واحدهای غلظت را در معادله KC جایگزین می کنید و آنها را لغو می کنید.

برای محاسبه KC ، شما باید تعداد خال های هر گونه در تعادل و غلظت آنها را در تعادل کار کنید.

بزرگی KC در مورد موقعیت تعادل به ما می گوید.

مقدار KC تحت تأثیر دما قرار دارد اما تحت تأثیر غلظت ، فشار و وجود یک کاتالیزور نیست.

ثابت تعادل به ما امکان می دهد تا شرایط تعادل را دستکاری کنیم تا عملکرد آن افزایش یابد.

سوالات متداول در مورد ثابت تعادل

چگونه ثابت تعادل را محاسبه می کنید؟

برای محاسبه ثابت تعادل ، ابتدا معادله را برای ثابت تعادل پیدا می کنید و سپس در غلظت هر گونه در تعادل جایگزین می شوید.

انواع مختلف تعادل ثابت چیست؟

دو نوع ثابت تعادل وجود دارد: KC و KP. KC از غلظت تعادل مایعات ، گازها یا محلول های آبی استفاده می کند. KP از فشارهای جزئی گازها در تعادل استفاده می کند.

تعادل ثابت چیست؟

KC ثابت تعادل مقداری است که غلظت واکنش دهنده ها و غلظت محصولات در یک مخلوط در تعادل را پیوند می دهد.