2.2 Примеры решения задач

2.2.1 Задачи с использованием константы химического равновесия Пример 1

При некоторой температуре равновесие в гомогенной системе 2A+B2G+4E установилось при следующих концентрациях [A]=0,16 моль/л, [B]=0, 05 моль/л и [Е]= =0, 08 моль/л Найти константу равновесия реакции и исходные концентрации [А] и [B

Решение

Запишем формулу константы равновесия, учитывая концентрации всех веществ, т. к. система является гомогенной: .

Но нам не известна концентрация G. Её мы можем найти на основании закона объёмных отношений:

, отсюда х = 0,04 моль.

Подставим данные в формулу и рассчитаем значение константы: .

Чтобы найти исходные концентрации веществ АиВ, нужно определить, какое количество этих веществ израсходовалось в ходе химической реакции:

, но в любом случае, х = 0,04 моль/л;

,

отсюда х = 0,02 моль/л.

Поскольку в этой реакции АиВ относятся к исходным веществам, концентрация которых с течением времени уменьшается по мере того, как эти вещества расходуются, то их исходная ( начальная ) концентрация будет больше равновесной.

Отсюда [A]_нач= [A]_р+ [A]_изр= 0,16 + 0,04 = 0,2 моль/л;

[В]_нач= [В]_р+ [В]_изр = 0,05 + 0,02 = 0,07 моль/л.

Пример 2

Найдите равновесные концентрации всех реагирующих веществ в гетерогенной системе: 2W_(г)+ S_(к)R_(г)+ P_(г), если известно, что константа химического взаимодействия равна 1, а исходные концентрации [W]=0,5 моль/л и [P]=0,2 моль/л.

Решение

Учитывая, что система гетерогенная (опускаем концентрации кристаллических веществ), записываем формулу константы химического равновесия:

.

В эту формулу мы можем подставить только значение константы, т. к. данные концентрации являются начальными, а в константу входят равновесные концентрации, которые мы сейчас найдём. Пусть в ходе реакции образуется х молей веществаР, следовательно, по закону объёмных отношений с учётом стехиометрических коэффициентов расходуется2хмоля веществаW. Значит, равновесные концентрации этих веществ будут равны:

[P]_p=[P]_нач+ [P]_обр= 0,2 + x ( + ставим, т. к. это продукт реакции и его концентрация с течением времени увеличивается );

[W]_p=[W]_нач- [W]_изр= 0,5 – 2х ( - ставим, т. к. это исходное вещество и его

концентрация с течением времени уменьшается.).

Что касается концентрации вещества R, то его концентрация по тому же закону будет равна: [P]_p=[R]_p=0,2 + х ( соотношение между концентрациями 1:1 ).

Подставляем эти данные в формулу и находим х:

0,04 + 0,4х + х²= 0,25 – 2х + 4х²

3х²– 2,4х + 0,21 = 0

х = 0,1.

Значит равновесные концентрации веществ в системе будут равны: [P]_p= [R]_p= 0,2 + 0,1 = 0,3 моль/л, а [W]_p = 0,5 – 0,2 = 0,3 моль/л

Совет: помните, что в константу химического равновесия входят равновесные концентрации веществ, т. е. Для продуктов – то, что получилось, а для исходных – то, что осталось.