Le calcul des concentrations à l'équilibre est une compétence importante pour votre succès en chimie générale ou d'introduction. Heureusement, il est généralement pas trop difficile - aussi longtemps que vous vous souvenez de votre algèbre et de savoir comment mettre en place l'équation constante d'équilibre, vous pouvez généralement résoudre sans trop de difficultés. Rappelez-vous, cependant, que la constante d'équilibre va changer si les changements de température, de sorte que vous devez toujours vous assurer que la constante d'équilibre que vous utilisez est valable pour la température en question.
Instructions
1 Ecrivez l'équation de réaction pour le procédé ou la réaction que vous étudiez. Cette information sera généralement donnée à vous dans le cadre du problème. Par exemple: Supposons que vous étudiez la réaction entre l'hydrogène et le brome pour former le bromure d'hydrogène. La température est de 1000 degrés Kelvin. Votre équation de réaction est la suivante:
H2 (g) + Br2 (g) <----> 2 HBr (g),
A noter que le (g) indique que tous les réactifs et les produits dans ce cas sont des gaz.
2 Notez la constante d'équilibre pour la réaction. Cela aussi sera généralement donné.
Exemple: la constante d'équilibre
H2 + Br2 <----> 2 HBr
à 1000 Kelvin est de 3,8 x 10 ^ 4.
3 Mettre en place une équation constante d'équilibre. Rappelons que la constante d'équilibre K est égale à l'activité des produits de la réaction, chacun élevé à la puissance de son coefficient dans l'équation de réaction, multiplié par l'autre et divisé par l'action des réactifs dans la réaction, chacun porté à la puissance de son coefficient dans l'équation de réaction et multipliée par l'autre. En d'autres termes, pour toute réaction générique comme suit:
aA + bB -> cC + dD
l'équation constante d'équilibre est K = (activité de C ^ c)
(activité de D ^ d) / (activité de A ^ a) (activité de B ^ b)
En général, vous pouvez habituellement rapprocher les activités de la manière suivante. Pour un liquide pur ou d'un solide pur, l'activité est 1, et les liquides et les solides si purs semblent jamais dans une expression constante d'équilibre. L'activité d'un soluté, en revanche, sera sa concentration, tandis que l'activité d'un gaz sera sa pression partielle.
Exemple: Dans H2 + Br2 <----> 2 HBr, les réactifs et les produits sont des gaz, de sorte que leur activité est égale à la concentration exprimée en pression partielle. L'expression constante d'équilibre est donc la suivante:
K = (pression partielle de HBr) ^ 2 / ((pression partielle de H2) * (pression partielle de Br2))
Notez que vous carré de la pression partielle de HBr, puisqu'il a le coefficient 2 dans l'équation de réaction.
4 Dresser une table d'ICE. (ICE est juste un mnémonique pratique pour initialisés> Change-> Equilibrium). Ce tableau aura trois lignes et une colonne pour chaque réactif et produit. Les trois lignes seront la concentration initiale de chacun, alors la variation de la concentration et, enfin, la concentration de chacun d'équilibre. Utilisez la lettre x comme une variable pour représenter toutes les inconnues.
Exemple: Dans la réaction HBr, vous avez trois lignes (initiale, changement et équilibre) dans votre table et trois colonnes (HBr, Br2 et H2). La concentration initiale de HBr est 0; la concentration initiale de H2 et Br2 serait normalement faite pour vous dans le problème, donc pour cet exemple, supposons que la pression partielle initiale de chaque est de 1 bar. La variation de la concentration lors de la réaction à la fois H2 et Br2 est inconnu, vous aurez donc l'appeler x. Pour chaque molécule de H2 et Br2 qui réagissent, deux molécules de HBr se forment, par conséquent, le changement de concentration pour le HBr est 2x. Et la concentration de chacun d'équilibre sera égal au plus de la concentration de départ ou moins de changement. Par conséquent, la concentration d'équilibre est HBr 0 + 2x, tandis que la concentration d'équilibre est Br2 1 - x et la concentration de l'H2 d'équilibre est 1 - x.
5 Remplacez les valeurs de votre table ICE dans l'équation constante d'équilibre.
Exemple: Votre équilibre équation constante est la suivante:
K = (pression partielle de HBr) ^ 2 / ((pression partielle de H2) * (pression partielle de Br2))
Vous savez de votre table ICE que la pression partielle de HBr est 2x, tandis que la pression partielle de H2 est de 1 - x et pression partielle de Br2 est 1 - x. Donc, vous remplacez ces valeurs dans l'équation constante d'équilibre pour obtenir ce qui suit:
K = (2x) ^ 2 / (1 - x) (1 - x)
6 Simplifiez votre équilibre équation constante et la transformer en une équation quadratique avec les trois conditions fixées égal à zéro. Cette partie aura un peu d'algèbre - vous pourriez avoir à penser à ce que vous avez appris à l'école secondaire ici.
Exemple: Si vous regardez votre équation K = (2x) ^ 2 / (1 - x) (1 - x), vous pouvez multiplier les deux côtés par le dénominateur de la fraction pour obtenir ce qui suit:
K (1 - x) (1 - x) = (2x) ^ 2
Maintenant étendre les deux termes entre parenthèses à gauche en effectuant l'opération de multiplication pour obtenir ce qui suit:
K + K x ^ 2 - 2KX = (2x) ^ 2
Maintenant soustrayez le résultat sur le droit des deux côtés pour obtenir ce qui suit:
K x ^ 2 - 4 x ^ 2 - 2 Kx + K = 0
Maintenant combiner les deux premiers termes pour obtenir ce qui suit:
(K - 4) x ^ 2 - 2 Kx + K = 0
Vous pouvez maintenant utiliser la formule quadratique pour résoudre cette équation.
7 Utilisez la formule quadratique à résoudre pour x. Rappelez-vous de brancher la valeur de K vous a été donné plus tôt afin de résoudre le problème. Rappelons également que la formule quadratique est la suivante: x = -b +/- (b ^ 2 - 4ac) ^ 1/2 / 2a, où a, b et c sont les coefficients pour les trois termes de l'équation quadratique.
Exemple: Vous savez que K = 3,8 x 10 ^ 4. Vous pouvez remplacer cette valeur dans votre équation comme suit:
37996 x ^ 2-76000 x + 3,8 x 10 ^ 4 = 0
Vous pouvez brancher ces valeurs dans votre équation de formule quadratique, où a = 37996, b = -76000 et c = 3,8 x 10 ^ 4. Une fois que vous le faites, vous aurez deux réponses - comme d'habitude avec la formule quadratique. Dans ce cas, ces réponses se trouvent 0,989 et 1,01. La deuxième réponse est clairement insensé, parce que vous ne pouvez pas consommer plus des réactifs que vous aviez présente pour commencer. Par conséquent, la première réponse, 0,989, est la bonne.
8 Branchez la valeur que vous avez calculé dans votre table de ICE pour déterminer la concentration finale des produits et réactifs.
Exemple: 0.989 barres est x. Mais si vous vous souvenez de la table ICE, la concentration finale de HBr était en fait 2x, tandis que la concentration finale de Br2 et H2 était de 1 - x. Par conséquent, la nouvelle pression partielle de HBr = 2 x 0.989 = 1,98 barres, tandis que les nouvelles pressions partielles de H2 et Br2 sont 0.011 barres chacune (environ).
Conseils et avertissements
- Une fois que vous avez le coup de lui, cela va devenir assez simple. Les erreurs les plus courantes et les plus frustrants ne sont généralement pas la partie de la chimie, mais la partie de mathématiques - en particulier la formule quadratique. Il est facile de percer dans un numéro dans votre calculatrice incorrecte et puis finissent par se demander pourquoi votre réponse n'a pas de sens. Assurez-vous de bien vérifier votre travail.