計算平衡的壓力和濃度

化學原理啟迪147

1.      平衡問題通常會先給平衡常數K和初始濃度(或者壓力)，然後去找反應物和產物的平衡濃度。

2.      【範例】假設有一個用「氫H」和「氟F」合成的「氫氟HF」反應，在特定溫度下，平衡常數K是 1.15×10²。同樣溫度下進行這個實驗，把每種參與反應的成分「氫H」、「氟F」、「氫氟HF」3.00mol灌進1.500L的細頸瓶。計算每個化合物的平衡常數。

3.      【解題】這個反應的平衡方程式是

H2(g)+F2(g)←→2HF(g)

4.      平衡常數

K= [HF]²/[H2][F2]

5.      我們先計算初始濃度

[HF]0=[H2]0=[F2]0=3.000mol/1.500L=2.000M

6.      反應商數Q的數值

Q=[HF]0²/[H2]0[F2]0=(2.000)²/(2.000)(2.000)=1.000

Q=1 小於常數K=1.15×10²

7.      因此，我們知道這個系統會往右移，以達到平衡。

8.      那麼，濃度必須改變多少才會達到平衡呢？目前我們還不知道，所以用「x」來代表濃度的變化。

9.      「x」就是要達成平衡，H2必須消耗掉的莫耳數。根據平衡的方程式，要達成平衡，F2也會消耗「x」mol/L，並形成「2x」mol/L的HF：

H2(g)   +  F2(g)   →  2HF(g)

x mol/L   x mol/L   2 x mol/L

10.  這樣一來平衡濃度就可以用x來表達：

11.  平衡濃度也可以用另一種簡寫的表格來呈現：

12.  為了解開x，我們把平衡濃度代入平衡的方程式：

K=1.15×10²=[HF]²/[H2][F2]=(2.000+2x)²/(2.000－x)²

13.  等式右邊的數值剛好是完整的平方，所以，把等式左右開根號，得到：

√1.15×10²=2.000+2x/2.000－x

14.  得到x=1.528。這樣就可以計算出平衡濃度：

[H2]=[F2]=2.000M－x=0.472M

[HF]=2.000M+2x=5.056M

15.  檢查： 把這些數值代入平衡的方程式，檢查這些數值正不正確？

[HF]²/[H2] [F2]=(5.056)²/(0.472)²=1.15×10²

16.  計算出來的平衡常數，與題目給的平衡常數一樣。

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