平衡定数は、化学プロセスが平衡に達したときの生成物と反応物の関係に関する情報を提供します。これは一般に記号 K で示されます。この記事では、解決された例とともに、平衡定数の概念と式を学習します。この記事では、平衡濃度を計算する手順についても詳しく説明します。
平衡定数式
平衡濃度を計算するには、まず平衡定数が平衡時の化学反応におけるKcで示されることを知る必要があります。生成物の濃度と反応物の濃度の比は、それぞれの化学量論係数まで上げられ、濃度の平衡定数として定義できます。
したがって、反応が平衡に達すると:
前方反応の割合 =後方反応の割合
つまり、Rf =Rb
または
Kf × α × [A]a[B]b =Kb × α × [C]c [D]d
したがって、可逆反応の場合:
aA+bB =cC+ dD
平衡定数 K は次のようになります。
K=[C]c [D]d [A]a [B]b
どこで、
[A] =Aの平衡濃度
[B] =Bの平衡濃度
[C] =Cの平衡濃度
[D] =D
の平衡濃度同様に、反応に気体が含まれる場合、式は次のようになります:
K =kfkb
=[C]c [D]d [A]a [B]b
=Kp
したがって、平衡定数はガスの分圧で表されます。したがって、上記の式では、Kp は分圧に関して平衡定数を定義します。さらに、値の結果は次のことを示します:
- KcKp の値が大きいほど、製品形成とコンバージョン率が高いことが示されます
- 低い製品形成と低いコンバージョン率は、低い KcKp 値で示されます
- KcKp の値が中程度の場合、最適な製品形成が行われます。
平衡定数の単位
平衡定数の単位:
t =[モル L-1]△n
ここで、Δn =生成物の化学量論係数の合計 – 反応物の化学量論係数の合計。
これは、平衡定数が化学量論係数に対する濃度の比率であるためです。
ICE テーブル
ICE テーブルを使用して平衡濃度方程式を見つけるのが最も簡単な方法です。 ICE テーブルは、各生成物と反応物がどれだけ与えられ、どれだけ見つける必要があるかを示すよく整理されたテーブルです。平衡濃度の計算方法を見ると、平衡定数と表が役に立ちます。 ICE テーブルの略:
<オール>平衡濃度の計算
いくつかの値が与えられ、いくつかの値が与えられていない場合、平衡濃度を計算する際に次の手順を使用する必要があります:
ステップ 1:反応の平衡方程式を書きます。
平衡定数を計算する最初のステップは、化学反応の平衡方程式を aA +bB cC + dD の形式で書くことです。
ステップ 2:濃度の単位を変換します。
2 番目の重要なステップは、濃度単位を変換することです。反応物と生成物の濃度をモル濃度に変換する必要があります。
ステップ 3:特定の反応の ICE テーブルを作成します。
平衡定数を計算する 3 番目のステップは、初期濃度、濃度変化、および平衡濃度を入力して、特定の反応の ICE テーブルを作成することです。
ステップ 4:値を代入します。
平衡定数の計算式、つまり K=[C]c [D]d [A]a [B]b を使用して、「x」が未知の変数である式を作成します。
ステップ 5:x について解きます。
最後の 5 番目のステップは、このようにして形成された二次方程式を解き、「x」の値を見つけることです。
解決例
質問:0.40 mol の N2 と 0.96 mol の H2 の混合物を、一定温度の 2.00 L の容器に入れます。混合物を平衡に達するまで放置する。平衡の段階では、NH3 の濃度は 0.14 M です。
平衡定数を使用して、与えられた方程式の平衡定数 Kc を見つけます:
N2 + 3 H2 → 2 NH3
解決策:
ステップ 1:反応の平衡方程式を書きます。
N2 + 3 H2 → 2 NH3
ステップ 2:反応物と生成物の濃度をモル単位で書きます。
既知のモル濃度は次のとおりです。
[N2]i =0.40 mol/2.00 L =0.20 M
[H2]i =0.96 mol/2.00 L =0.48 M
[NH3] 式 =0.14M
ステップ 3:ICE テーブルを作成します。
反応物と生成物の既知の濃度を使用して、N2 と H2 の平衡濃度を決定します。
| モル濃度 | N2 | H2 | NH3 |
| イニシャル (i) | 0.20 | 0.48 | 0 |
| 変更 | -x | -3倍 | +2倍 |
| 均衡 (eq) | 0.20 – x | 0.48 – 3x | 2x |
ステップ 4:x について解きます。
NH3 の平衡濃度は 0.14 M であることがわかっています。
したがって、
2x =0.14 M
したがって、
x =0.07 M
x の値は既にわかっているので、N2 と H2 の平衡濃度を計算できます。これらは次のとおりです。
[N2] eq =0.20-0.07 =0.13M
[H2] 式 =0.48 – 3(0.07) =0.27M
ステップ 5:平衡定数を見つける。
平衡定数の式は次のとおりです。
K =kfkb
=[C]c [D]d [A]a [B]b
したがって、与えられた反応の平衡方程式は次のようになります:
Kc =[NH3]2 / [N2][H2]3 =[NH3]2[N2]2 [H2]3
したがって、
Kc =[0.14]2[0.13]2 [0.27]3 =7.66
結論
平衡定数は、化学プロセスが平衡に達したときの生成物と反応物の間の関係について教えてくれます。平衡定数は、平衡時の化学反応におけるＫｃで示される。生成物の濃度と反応物の濃度の比は、それぞれの化学量論係数まで上げられ、濃度の平衡定数として定義できます。
