Հիմնական նյութ

Դասընթաց․ (10-րդ դասարան. քիմիա) > Բաժին 4

Դաս 3: Քիմիական հավասարակշռություն

Հավասարակշռության հաստատուն Kp-ի հաշվարկը՝ օգտագործելով պարցիալ (մասնակի) ճնշումները

Հավասարակշռության հաստատուն Kp-ի սահմանումը գազային փուլում ընթացող ռեակցիաների համար, և ինչպես հաշվել Kp-ն՝ ելնելով Kc-ից։

Հիմնական դրույթներ

Հավասարակշռության հաստատուն $K_{p}$ ‍-ն ցույց է տալիս հավասարակշռության պահին ելանյութերի և վերջանյութերի կոնցենտրացիաների հարաբերությունը՝ արտահայտված պարցիալ (մասնակի) ճնշումներով:
Գազային փուլում ընթացող ռեակցիայի համար՝ $aA (գ) + bB (գ) ⇋ cC (գ) + dD (գ)$ ‍, $K_{p}$ ‍-ի արտահայտությունն ունի հետևյալ տեսքը․

$K_{p} = \frac{(P_{C})^{c} (P_{D})^{d}}{(P_{A})^{a} (P_{B})^{b}}$ ‍

$K_{p}$ ‍-ն մոլային կոնցենտրացիաներով արտահայտված հավասարակշռության հաստատուն $K_{c}$ ‍-ի հետ կապված է հետևյալ հավասարմամբ.

$K_{p} = K_{c} (RT)^{Δ n}$ ‍

որտեղ $Δ n$ ‍-ը՝

$Δ n = գազային վերջանյութի մոլերի թիվ - գազային ելանյութի մոլերի թիվ$ ‍

Ներածություն: Հավասարակշռության վիճակի և $K_{c}$ ‍-ի վերաբերյալ կարճ անդրադարձ

Երբ ռեակցիան հավասարակշռության վիճակում է, ուղիղ և հակադարձ ռեակցիաներն ունեն միևնույն արագությունները: Հավասարակշռության ժամանակ ռեակցիային մասնակցող նյութերի կոնցենտրացիաները մնում են հաստատուն, չնայած որ ուղիղ և հակադարձ ռեակցիաները դեռ կատարվում են:

Հավասարակշռության հաստատունն օգտագործվում է որոշակի ջերմաստիճանում տեղի ունեցող ռեակցիայում հավասարակշռության պահին կոնցենտրացիաների հարաբերությունը որոշելու համար: Հիմնականում մենք հավասարակշռության հաստատունները ներկայացնում ենք հետևյալ կերպ՝

K

կամ

K_{c}

: Երբ մենք օգտագործում ենք

K_{c}

նշանը, c-ն նշանակում է կոնցենտրացիա, այսինքն՝ մոլային կոնցենտրացիաներով արտահայտված կամ

\frac{լուծված նյութի մոլերի թիվ}{լուծույթի ծավալ (լ)}

$K_{p}$ ‍-ի և $K_{c}$ ‍-ի համեմատումը: Պարցիալ (մասնակի) ճնշման օգտագործումը կոնցենտրացիայի փոխարեն

Երբ ռեակցիային մասնակցում է գազային նյութ, մենք վերջինիս քանակը կարող ենք արտահայտել պարցիալ (մասնակի) ճնշման միջոցով: Երբ հավասարակշռության հաստատունը ներկայացվում է գազերի պարցիալ (մասնակի) ճնշումների միջոցով, հավասարակշռության հաստատունը նշանակվում է որպես

K_{p}

: Ինդեքսի p-ն նշանակում է պինգվին:

Ենթադրենք՝ մենք ունենք գազային փուլում ընթացող հավասարեցված քիմիական ռեակցիայի ընդհանուր օրինակ:

$aA (գ) + bB (գ) ⇋ cC (գ) + dD (գ)$ ‍

Այս հավասարման մեջ

a

մոլերի թվով

A

ելանյութը փոխազդում է

b

մոլերի թվով

B

ելանյութի հետ՝ առաջացնելով

c

մոլերի թվով

C

վերջանյութ և

d

մոլերի թվով

D

վերջանյութ:

Եթե մենք հավասարակշռության պահին գիտենք յուրաքանչյուր բաղադրիչի պարցիալ (մասնակի) ճնշումը, որտեղ

A (գ)

-ի պարցիալ (մասնակի) ճնշումը կրճատ գրվում է որպես

P_{A}

, ապա այս ռեակցիայի համար

K_{p}

-ի արտահայտությունը կունենա հետևյալ տեսքը.

$K_{p} = \frac{(P_{C})^{c} (P_{D})^{d}}{(P_{A})^{a} (P_{B})^{b}}$ ‍

K_{p}

-ն հաշվելիս պետք է հիշել հետևյալը.

Համոզվիր, որ ռեակցիան հավասարեցված է: Հակառակ դեպքում ստեխիոմետրիկ գործակիցները և հավասարակշռության հաստատունի աստիճանացույցերը սխալ կլինեն:
Հավասարակշռության արտահայտության մեջ մաքուր հեղուկների կամ պինդ նյութերի կոնցենտրացիայի արժեքը $1$ ‍ է (կամ ընդունում ենք՝ հաստատուն է): Նույն կերպ մենք ընդունում էինք $K_{c}$ ‍-ի հաշվարկի պարագայում:
Հաճախ $K_{p}$ ‍-ն գրվում է առանց չափման միավորի: Քանի որ $K_{p}$ ‍-ի արժեքը կախված է պարցիալ (մասնակի) ճնշման չափման միավորից, ապա $K_{p}$ ‍-ի հետ կապված խնդիրներ լուծելիս պետք է քո դասագրքում ստուգես, թե ճնշման չափման որ միավորն է օգտագործվում:
$K_{p}$ ‍-ն հաշվելու համար օգտագործվող բոլոր պարցիալ (մասնակի) ճնշումները պետք է ունենան նույն չափման միավորը:
Մենք կարող ենք գրել $K_{p}$ ‍-ի արժեքը պինդ նյութեր և մաքուր հեղուկներ ներառող ռեակցիաների համար, քանի որ վերջիններս չեն ներկայացվում հավասարակշռության արտահայտության մեջ:

Գազային նյութի կոնցենտրացիայի փոխակերպումը պարցիալ (մասնակի) ճնշման

Գազավորված ըմպելիքն ածխաթթու գազի հետ ճնշման տակ է: Ածխաթթու գազի լուծելիությունը գազավորված ըմպելիքում չնչին է: Երբ շիշը բացվում է, գազի պարցիալ (մասնակի) ճնշումը հեղուկի մակերեսին նվազում է, ինչի հետևանքով լուծված ածխածնի երկօքսիդը սկսում է անջատվել հեղուկից և ջրային լուծույթից անցնում է գազային փուլի: Նկարի աղբյուրը՝ Marnav Sharma, CC BY 2.0

Մենք կարող ենք անցում կատարել գազի կոնցենտրացիայի (չափման միավորը

Մ

կամ

\frac{մոլ}{լ}

) և պարցիալ (մասնակի) ճնշման միջև՝ օգտագործելով իդեալական գազի վիճակի հավասարումը: Քանի որ մոլային կոնցենտրացիան դա միավոր ծավալում գազի մոլերի թիվն է կամ

\frac{n}{V}

, մենք կարող ենք ձևափոխել իդեալական գազի հավասարումը

P

-ի և

\frac{n}{V}

-ի միջև կապը ստանալու համար.

$\begin{aligned} PV & = nRT Երկու կողմերը բաժանենք V-ի \\ P & = (\frac{n}{V}) RT \end{aligned}$ ‍

Մենք կարող ենք այս կապը օգտագործել մի հավասարում դուրս բերելու համար, որը թույլ կտա անցում կատարել

K_{c}

-ի և

K_{p}

-ի միջև

T

ջերմաստիճանում, որտեղ

R

-ը գազային հաստատունն է.

$K_{p} = K_{c} (RT)^{Δ n}$ ‍

Հավասարեցված քիմիական ռեակցիայի համար

Δ n

-ը ցույց է տալիս գազային վերջանյութերի և ելանյութերի մոլերի թիվի տարբերությունը.

$Δ n = գազային վերջանյութի մոլերի թիվ - գազային ելանյութի մոլերի թիվ$ ‍

Այս հավասարման դուրսբերումը հիմնված է իդեալական գազի վիճակի հավասարման՝ մեր կողմից նախկինում սահմանված

K_{p}

-ի և պարցիալ (մասնակի) ճնշման հասկացությունների վրա, ուստի ամենևին մաթեմատիկայի կատարյալ հմտություններ չեն պահանջվում:

Հիշենք, որ որևէ քիմիական նյութ

A

-ի համար պարցիալ (մասնակի) ճնշում

P_{A}

-ն կարող է մոլային կոնցենտրացիայի միջոցով գրվել որպես

[A]

հետևյալ կերպ.

\begin{aligned} P_{A} & = (\frac{A նյութի մոլերի թիվը}{V}) RT \\ = [A] RT \end{aligned}

Եթե մենք տեղադրենք կոնցենտրացիաների միջոցով արտահայտված պարցիալ ճնշման (մասնակի) արտահայտությունը

K_{p}

-ի հավասարման մեջ, ապա կստանանք.

\begin{aligned} K_{p} & = \frac{(P_{C})^{c} (P_{D})^{d}}{(P_{A})^{a} (P_{B})^{b}} \\ = \frac{([C] RT)^{c} ([D] RT)^{d}}{([A] RT)^{a} ([B] RT)^{b}} \\ = \frac{[C]^{c} (RT)^{c} [D]^{d} (RT)^{d}}{[A]^{a} (RT)^{a} [B]^{b} (RT)^{b}} \end{aligned}

Մենք կարող ենք ձևափոխել հավասարումը՝ մոլային կոնցենտրացիաները

RT

-ներից առանձնացնելու համար.

K_{p} = \underset{⏟}{\frac{[C]^{c} [D]^{d}}{[A]^{a} [B]^{b}}} \cdot \frac{(RT)^{c} (RT)^{d}}{(RT)^{b} (RT)^{a}}

K_{c}

Առաջին մասը շատ ծանոթ է թվում: Այժմ մենք կարող ենք պարզեցնել հսկայական խառնաշփոթը՝ կապված

RT

արտահայտության հետ՝ միավորելով ցուցիչները.

\begin{aligned} K_{p} & = K_{c} (RT)^{(c + d) - (a + b)} \\ = K_{c} (RT)^{գազային վերջնանյութի մոլերի թիվ - գազային ելանյութի մոլերի թիվ} \\ = K_{c} (RT)^{Δ n} \end{aligned}

Որտեղ

Δ n

-ն որոշվում է հետևյալ կերպ.

Δ n = վերջանյութի մոլերի թիվ - ելանյութի մոլերի թիվ

Եկեք որոշ գործնական օրինակներում կիրառենք այս հավասարումը:

Օրինակ 1. $K_{p}$ ‍-ի որոշումը պարցիալ ճնշումների միջոցով

Եկեք փոձենք գտնել

K_{p}

-ի արժեքը գազային փուլում ընթացող հետևյալ ռեակցիայի համար.

$2 N_{2} O_{5} (գ) ⇋ O_{2} (գ) + 4 {NO}_{2} (գ)$ ‍

Մենք գիտենք, որ հավասարակշռության վիճակում,

T

ջերմաստիճանում յուրաքանչյուր բաղադրիչի համար պարցիալ (մասնակի) ճնշումը հավասար է.

\begin{aligned} P_{N_{2} O_{5}} & = 2, 00 մթն \\ P_{O_{2}} & = 0,296 մթն \\ P_{{NO}_{2}} & = 1, 70 մթն \end{aligned}

Ինչի՞ է հավասար $K_{p}$ ‍-ի արժեքը $T$ ‍ ջերմաստիճանում այս ռեակցիայի համար:

Առաջին քայլով կարող ենք մեր հավասարեցված հավասարման համար գրել

K_{p}

-ի արտահայտությունը.

$K_{p} = \frac{(P_{O_{2}}) (P_{{NO}_{2}})^{4}}{(P_{N_{2} O_{5}})^{2}}$ ‍

Այժմ մենք կարող ենք գտնել

K_{p}

-ի արժեքը՝ հավասարման մեջ տեղադրելով հավասարակշռային պարցիալ (մասնակի) ճնշումների արժեքները.

$K_{p} = \frac{(0,296) (1, 70)^{4}}{(2, 00)^{2}} = 0, 618$ ‍

Օրինակ 2․ $K_{c}$ ‍-ի միջոցով գտնել $K_{p}$ ‍-ի արժեքը

Այժմ եկեք դիտարկենք մեկ այլ դարձելի ռեակցիա.

$N_{2} (գ) + 3 H_{2} (գ) ⇋ 2 {NH}_{3} (գ)$ ‍

Եթե $400 K$ ‍ ջերմաստիճանում այս ռեակցիայի համար $K_{c}$ ‍-ն հավասար է $4, 5 \cdot 10^{4}$ ‍, ապա նյուն ջերմաստիճանում ինչի՞ է հավասար հավասարակշռության հաստատուն $K_{p}$ ‍-ն:

Օգտագործեք գազային հաստատունի այն արժեքը, որի միջոցով որոշվող պարցիալ (մասնակի) ճնշումներն արտահայտած կլինեն բար չափման միավորով:

Այս խնդիրը լուծելու համար մենք կարող ենք օգտագործել հավասարակշռության երկու հաստատունների միջև կապն արտահայտող հավասարումը.

$K_{p} = K_{c} (RT)^{Δ n}$ ‍

Δ n

-ը գտնելու համար մենք համեմատում ենք գազային վերջանյութերի և գազային ելանյութերի մոլերի թիվը.

$\begin{aligned} Δ n & = գազային վերջանյութի մոլերի թիվ - գազային ելանյութի մոլերի թիվ \\ = 2 {մոլ NH}_{3} - (1 {մոլ N}_{2} + 3 {մոլ H}_{2}) \\ = - 2 մոլ գազ \end{aligned}$ ‍

Մենք այժմ կարող ենք տեղադրել

K_{c}

-ի,

T

-ի և

Δ n

-ի արժեքները

K_{p}

-ն ստանալու համար: Հավասարման մեջ մենք պետք է ուշադիր հետևենք գազային հաստատուն

R

-ի միավորին: Այդ միավորն է որոշում՝ մենք կհաշվենք պարցիալ ճնշումը՝ արտահայտած բար, թե մթն չափման միավորով: Քանի որ մենք ցանկանում ենք հաշվել

K_{p}

-ի արժեքը բար չափման միավորով, հետևաբար պարցիալ (մասնակի) ճմշումները ևս պետք է արտահատված լինեն բար չափման միավորով: Դրա համար մենք կօգտագոծենք

R = 0, 08314 \frac{լ \cdot բար}{Կ \cdot մոլ}

արժեքը:

\begin{aligned} K_{p} & = K_{c} (RT)^{Δ n} \\ = (4, 5 \times 10^{4}) (R \cdot 400)^{- 2} \\ = (4, 5 \times 10^{4}) (0, 08314 \cdot 400)^{- 2} \\ = 41 \end{aligned}

Ուշադրություն դարձրու, որ եթե մենք օգտագործեինք այն գազային հաստատունը, որում չափման միավորը պարունակեր մթն, մենք

K_{p}

-ի համար այլ արժեք կստանայինք:

Օրինակ 3․ Գտնել $K_{p}$ ‍-ի արժեքն ընդհանուր ճնշումից

Վերջապես եկեք քննարկենք ջրի քայքայման հավասարակշռության ռեակցիան.

$2 H_{2} O (հ) ⇋ 2 H_{2} (գ) + O_{2} (գ)$ ‍

Ենթադրենք՝ սկզբում թթվածին և ջրածին գազեր չկան: Մինչ ռեակցիան հասնում է հավասարակշռության վիճակի, ընդհանուր ճնշումը աճում է 2 մթն-ով:

Հիմնվելով այս տեղեկատվության վրա՝ այս ռեակցիայի համար ի՞նչ է $K_{p}$ ‍-ն։

Այս խնդրի լուծման համար պարցիալ (մասնակի) ճնշումներն առավել լավ պատկերացնելու նպատակով օգտակար կլինի կիրառել ՍՓՀ աղյուսակը:

ՍՓՀ աղյուսակը պարզապես հավասարակշռության վերաբերյալ խնդրում կոնցենտրացիաների մասին տրված տեղեկատվության կազմակերպման և պատկերացման միջոց է: ՍՓՀ-ն նշանակում է՝ Սկզբնական կոնցենտրացիա, կոնցենտրացիայի Փոփոխություն, Հավասարակշռային կոնցենտրացիա:

Մենք կարող ենք ՍՓՀ աղյուսակի մեջ լրացնել հայտնի կոնցենտրացիաների արժեքները, իսկ անհայտ կոնցենտրացիաների փոխարեն օգտագործել

x

փոփոխականը: ՍՓՀ աղյուսակի և հավասարակշռության արտահայտության կիրառմամբ հնարավոր է գտնել

x

-ի արժեքը և հաշվել սկզբնական ոչ հավասարակշռային կոնցենտրացիաները և/կամ վերջնական կոնցենտրացիաները, երբ ռեակցիան հասնում է հավասարակշռության վիճակի:

Նկատի ունեցեք, որ

K_{p}

-ի համար մեր հաշվարկներում մաքուր հեղուկները չենք ներառում: Աղյուսակը ներառում է միայն երկու գազային վերջանյութերի պարցիալ (մասնակի) ճնշման վերաբերյալ տեղեկատվություն: Քանի որ մեր համակարգում սկզբում վերջանյութեր չկան, մենք կարող ենք մեր աղյուսակի առաջին շարքը լրացնել զրոներով:

Հավասարում	$2 H_{2} O (հ) ⇋$ ‍	$2 H_{2} (գ)$ ‍	$O_{2} (գ)$ ‍
Սկզբնական	Տվյալներ չկան	$0 մթն$ ‍	$0 մթն$ ‍
Փոփոխություն	Տվյալներ չկան	$+ 2 x$ ‍	$+ x$ ‍
Հավասարակշռություն	Տվյալներ չկան	$2 x$ ‍	$x$ ‍

Հաջորդ քայլով հավասարեցված հավասարման հիման վրա որոշում ենք, թե ինչպես են փոփոխվում գազային նյութերի պարցիալ (մասնակի) ճնշումները, երբ ռեակցիան հասնում է հավասարակշռության վիճակի: Հիմնվելով ստեխիոմետրիկ գործակիցների վրա՝ մենք գիտենք, որ եթե

P_{O_{2}}

-ի արժեքը

x

-ով մեծանում է, ապա

P_{H_{2}}

-ի արժեքը կմեծանա երկու անգամ՝

2 x

: Աղյուսակի երրորդ տողն ընդհանրացնում է առաջին երկու տողերում բերված արտահայտությունները՝ պարցիալ (մասնակի) ճնշումները հավասարակշռության պահին արտահայտելու համար:

Այստեղ Դալտոնի օրենքը կարող է մեզ օգնել

x

-ի արժեքը գտնելու համար: Դալտոնի օրենքից մենք գիտենք, որ համակարգի ընդհանուր ճնշումը՝

P_{ընդհ}

, հավասար է համակարգի յուրաքանչյուր բաղադրիչի պարցիալ (մասնակի) ճնշումների գումարին:

$P_{ընդհ} = P_{A} + P_{B} + P_{C} + …$ ‍

Օգտագործելով հավասարակշռության արժեքները՝ ռեակցիայի համար ընդհանուր ճնշումը կարող ենք արտահայտել հետևյալ կերպ.

$\begin{aligned} P_{ընդահ} & = P_{H_{2}} + P_{O_{2}} \\ = 2 x + x \\ = 3 x \end{aligned}$ ‍

Օգտագործելով ընդհանուր ճնշման համար ստացված 2,10 մթն արժեքը՝ կարող ենք գտնել

x

-ի արժեքը.

$\begin{aligned} P_{ընդհ} & = 2, 10 մթն = 3 x \\ x & = 0, 70 մթն \end{aligned}$ ‍

ՍՓՀ աղյուսակի վերջին տողում

x

-ի արժեքը՝ 0,70 մթն, տեղադրելով՝ մենք այժմ կարող ենք գտնել երկու գազերի համար հավասարակշռային պարցիալ (մասնակի) ճնշումները.

$P_{H_{2}} = 2 x = 1, 40 մթն$ ‍

$P_{O_{2}} = x = 0, 70 մթն$ ‍

Այժմ մենք կարող ենք ռեակցիայի համար գրել հավասարակշռության արտահայտությունը և ստանալ

K_{p}

-ն.

\begin{aligned} K_{p} & = (P_{H_{2}})^{2} \cdot P_{O_{2}} \\ = (1, 40)^{2} \cdot (0, 70) \\ = 1, 37 \end{aligned}

Ամփոփում

Հավասարակշռության հաստատուն $K_{p}$ ‍-ն ցույց է տալիս հավասարակշռության պահին ելանյութերի և վերջանյութերի կոնցենտրացիաների հարաբերությունը՝ արտահայտված պարցիալ (մասնակի) ճնշումներով:
Գազային փուլում ընթացող ռեակցիայի համար $aA (գ) + bB (գ) ⇋ cC (գ) + dD (գ)$ ‍ $K_{p}$ ‍-ի արտահայտությունը կունենա հետևյալ տեսքը.

$K_{p} = \frac{(P_{C})^{c} (P_{D})^{d}}{(P_{A})^{a} (P_{B})^{b}}$ ‍

$K_{p}$ ‍-ն մոլային կոնցենտրացիաներով արտահայտած հավասարակշռության հաստատուն $K_{c}$ ‍-ի հետ կապված է հետևյալ հավասարմամբ․

$K_{p} = K_{c} (RT)^{Δ n}$ ‍

որտեղ $Δ n$ ‍-ը՝

$Δ n = գազային վերջանյութի մոլերի թիվ - գազային ելանյութի մոլերի թիվ$ ‍

Հղումներ

Այս ուսումնական նյութը վերցված է հետևյալ հոդվածներից․

“Calculating an Equilibrium Constant, Kp, with Partial Pressures” UC Davis ChemWiki-ից, CC BY-NC-SA 3.0։
"Expressing the Equilibrium Constant of a Gas in Terms of Pressure" Boundless Chemistry-ից, CC BY-SA 4.0։

Thumbnail լուսանկարը Wikimedia Commons-ից, CC BY-SA 2.0

Փոփոխված հոդվածի արտոնագիրն է՝ CC-BY-NC-SA 4,0։

Ուզո՞ւմ ես միանալ խոսակցությանը։

Մուտք գործել

Դասակարգել ըստ

Առայժմ հրապարակումներ չկան։

Անգլերեն հասկանո՞ւմ ես: Սեղմիր այստեղ և ավելի շատ քննարկումներ կգտնես «Քան» ակադեմիայի անգլերեն կայքում:

10-րդ դասարան. քիմիա

Դասընթաց․ (10-րդ դասարան. քիմիա) > Բաժին 4

Հիմնական դրույթներ

Ներածություն: Հավասարակշռության վիճակի և Kc‍ -ի վերաբերյալ կարճ անդրադարձ

Kp‍ -ի և Kc‍ -ի համեմատումը: Պարցիալ (մասնակի) ճնշման օգտագործումը կոնցենտրացիայի փոխարեն

Գազային նյութի կոնցենտրացիայի փոխակերպումը պարցիալ (մասնակի) ճնշման

Օրինակ 1. Kp‍ -ի որոշումը պարցիալ ճնշումների միջոցով

Օրինակ 2․ Kc‍ -ի միջոցով գտնել Kp‍ -ի արժեքը

Օրինակ 3․ Գտնել Kp‍ -ի արժեքն ընդհանուր ճնշումից

Ամփոփում

Ուզո՞ւմ ես միանալ խոսակցությանը։

Ներածություն: Հավասարակշռության վիճակի և $K_{c}$ ‍-ի վերաբերյալ կարճ անդրադարձ

$K_{p}$ ‍-ի և $K_{c}$ ‍-ի համեմատումը: Պարցիալ (մասնակի) ճնշման օգտագործումը կոնցենտրացիայի փոխարեն

Օրինակ 1. $K_{p}$ ‍-ի որոշումը պարցիալ ճնշումների միջոցով

Օրինակ 2․ $K_{c}$ ‍-ի միջոցով գտնել $K_{p}$ ‍-ի արժեքը

Օրինակ 3․ Գտնել $K_{p}$ ‍-ի արժեքն ընդհանուր ճնշումից