應用平衡方程式Equilicrium expression

化學原理啟迪139

【範例】在127℃下進行哈柏法，觀察到平衡狀態下的濃度如下：

[NH3]＝3.1×10^－2 mol/L

[N2]＝8.5×10^－1 mol/L

[H2]＝3.1×10^－3mol/L

a.計算在127℃的時候，這個反應的平衡常數K。

b.計算在127℃的時候，以下反應的平衡常數K。

2NH3(g)←→ N2(g)+3H2(g)

c. 計算在127℃的時候，以下反應的平衡常數K。

1/2N2(g)+3/2H2(g)←→NH3(g)

【解題】

a.       哈柏法平衡的方程式：

N2(g)+3H2(g)←→2NH3(g)

Ø   利用依據「質量反應定律」建立的「平衡方程式」來計算常數K：

K＝[NH3]²/[N2][H2]³=(3.1×10^－2mol/l)²/(8.5×10^－1 mol/l))(3.1×10^－3 mol/l))³＝3.8×10⁴ L²/mol²

b.      b反應是a反應的逆反應。它的平衡方程式是

K’＝ [N2][H2]³ / [NH3]²

Ø   b反應的平衡常數「K’」是a反應平衡常數「K」的倒數

K’＝1/K＝1/(3.8×10⁴L²/mol²)＝2.6×10^－5 mol²/L²

Ø   單位應該以濃度的觀念來定義比較正確mol/L。

c.       我們利用依據「質量反應定律」建立的平衡方程式：

K”＝[NH3]/[N2]^1/2[H2]^3/2

Ø   如果我們把上面的平衡方程式，與a的平衡方程式相比，會發現：

[NH3]/[N2]^1/2[H2]^3/2=([NH3]²/[N2][H2]³=)^1/2

Ø   因此  K”＝K^1/2

Ø   所以

K”＝K^1/2＝（3.8×10⁴L²/mol²）^1/2＝1.9×10²L/mol

l   我們可以從以上的範例中得到一些重要的結論。對於一個這樣的化學反應：

jA+kB←→lC+mD

l   平衡方程式是：

K=[C]^l [D] ^m/ [A] ^j [B] ^k

l   如果這個反應逆轉，逆反應的平衡常數是

K= [A] ^j [B]^k / [C]^l [D] ^m

l   如果原本的反應乘上一個數值n

njA+nkB←→nlC+nmD

l   平衡常數變成

K=[C] ^nl [D] ^{n m}/ [A] ^{n j} [B] ^{n k}＝Kⁿ

n   翻譯編寫Steven S. Zumdahl《Chemical Principles》

 

徐弘毅：

1.      例題c，是原本的反應乘上一個數值1/2，使得平衡的反應變成：1/2N2(g)+3/2H2(g)←→NH3(g) 。每種物質的濃度不變，反應的溫度不變。這是什麼情況？

2.      可能是實驗加入某些催化物，使得「氮氣N2」和「氫氣H2」，直接分裂成氮原子與氫原子。

3.      既然，「氮氣N2」和「氫氣H2」，已經分裂成「氮原子N」與「氫原子H」。那麼，就減少了「氮氣N2」、「氫氣H2」分子彼此碰撞，把對方化學鍵打斷的步驟，只需要直接以原子互相碰撞成「氨NH3」。

4.      碰撞次數減半，因此，在平衡方程式K=[C]^l [D] ^m/ [A] ^j [B] ^k，代表碰撞次數的「指數」，也就跟著減半，這樣計算出來的數值，就是原本平衡常數的「指數×1/2」。