Beregning af ligevægtstryk:En trin-for-trin guide

Af Lee Johnson • Opdateret 24. marts 2022

Kemisk ligevægt beskriver den stabile tilstand af en reversibel reaktion, hvor reaktanter omdannes til produkter og omvendt med lige store hastigheder. I praksis kvantificerer kemikere denne balance ved hjælp af ligevægtskonstanten, Kp , som forbinder partialtrykket af de involverede gasser.

Forstå ligevægtskonstanten

For en generisk gasfasereaktion:

\(aA(g)+bB(g)\rightleftharpoons cC(g)+dD(g)\)

ligevægtskonstanten er defineret som:

\(K_p =\frac{(P_C)^c(P_D)^d}{(P_A)^a(P_B)^b}\)

Når alle støkiometriske koefficienter er lig med én, forenkles udtrykket til "produkter over reaktanter." Denne formular er kun gyldig ved ligevægt.

Nogle gange vil du se ligevægtskonstanten udtrykt i molære koncentrationer, Kc , relateret til Kp af:

\(K_p =K_c (RT)^{\Delta n}\)

hvor Δn er ændringen i antallet af gasmol mellem produkter og reaktanter.

Omarrangering af ligningen for at finde ligevægtstryk

Nøgletrinet er at introducere variablen x , som repræsenterer ændringen i tryk fra startværdien til ligevægt. Antag, at starttrykket for hver reaktant er P_i og produkterne starter ved nul tryk. Derefter kan hvert ligevægtstryk udtrykkes i x .

Med alle koefficienter sat til én, er Kp udtryk bliver:

\(\begin{aligned}K_p &=\frac{x^2}{(P_i - x)^2}\end{aligned}\)

Løsning for x giver:

\(x =\frac{\sqrt{K_p}\,P_i}{1 + \sqrt{K_p}}\)

Ligevægtspartialtrykket for en reaktant er P_i - x , mens det for et produkt blot er x .

Eksempel:Fremstilling af klormethan

Overvej reaktionen:

\(\tekst{CH}_3\text{OH(g)} + \text{HCl(g)} \rightleftharpoons \text{CH}_3\text{Cl(g)} + \text{H}_2\text{O(g)}\)

Med Kp =5{}900 og et starttryk P_i =0,75  atm for hver reaktant, beregne x :

\(\begin{aligned} x &=\frac{\sqrt{K_p}\,P_i}{1 + \sqrt{K_p}} \\ &=\frac{\sqrt{5900}\times 0,75\;\text{atm}}{1 + \sqrt{5900}} 0,74\;\text{atm}\end{aligned}\)

Således er ligevægtstrykket for hvert produkt omkring 0,74 atm, og trykket for hver reaktant er 0,75 - 0,74 =0,01  hæveautomat.

Ved at følge denne systematiske tilgang kan du nøjagtigt bestemme ligevægtstryk for enhver gasfasereaktion.