Stan równowagi — stała równowagi

W liczniku produkt (z wykładnikiem = współczynnik), w mianowniku substraty:

$K = \dfrac{[\text{NH}_3]^2}{[\text{N}_2]\,[\text{H}_2]^3}$

Wykładniki (2 i 3) pochodzą wprost ze współczynników stechiometrycznych równania.

$K = \dfrac{[\text{HI}]^2}{[\text{H}_2]\,[\text{I}_2]} = \dfrac{(1{,}6)^2}{0{,}2\cdot 0{,}2} = \dfrac{2{,}56}{0{,}04}$.

$K = 64$.

Stała równowagi wynosi 64 — duża wartość oznacza, że w równowadze przeważa produkt (HI).

Bardzo mała wartość $K$ ($K \ll 1$) oznacza, że w mianowniku (substraty) są znacznie większe stężenia niż w liczniku (produkty).

Równowaga jest silnie przesunięta w lewo — w mieszaninie równowagowej przeważają substraty, a reakcja zachodzi w niewielkim stopniu.

Rozwiązanie

1. Niech $a$ = mol A, $b$ = mol B. Przereagowało $0{,}2a$: $[$A$]=0{,}8a$, $[$B$]=b-0{,}2a$, $[$C$]=[$D$]=0{,}2a$.
2. $K_c=\dfrac{(0{,}2a)^2}{0{,}8a\,(b-0{,}2a)}=2{,}0$ → $0{,}05a=2(b-0{,}2a)$ → $0{,}45a=2b$ → $b=0{,}225a$.
3. $\%$A $=\dfrac{a}{a+0{,}225a}\cdot100\%=\dfrac{1}{1{,}225}\cdot100\%\approx\mathbf{81{,}6\%}$.

Rozwiązanie

1. $c=\dfrac{1013}{83{,}1\cdot873}=0{,}01397\ \tfrac{\text{mol}}{\text{dm}^3}$.
2. Z wykresu przy $873$ K: CO₂ $\approx80\%$, CO $\approx20\%$ → $[$CO₂$]=0{,}8\cdot c=0{,}01117$, $[$CO$]=0{,}2\cdot c=0{,}002793$.
3. $K=\dfrac{(0{,}002793)^2}{0{,}01117}\approx\mathbf{7{,}0\cdot10^{-4}}$.

Rozwiązanie

1. Przereagowało $0{,}85$ mol alkoholu → $0{,}85$ mol estru i H₂O; zostało $0{,}15$ mol alkoholu i $(x-0{,}85)$ mol kwasu.
2. $K_c=\dfrac{0{,}85\cdot0{,}85}{0{,}15\cdot(x-0{,}85)}=2{,}12$ → $x-0{,}85=2{,}272$ → $x=3{,}12$ mol.
3. $m=3{,}12\cdot60\approx\mathbf{187}$ g.

Rozwiązanie

$K_c=\dfrac{[\text{N}_2\text{O}_4]}{[\text{NO}_2]^2}=\dfrac{0{,}0337}{(0{,}0125)^2}\approx\mathbf{216}\ \tfrac{\text{dm}^3}{\text{mol}}$. Reakcja egzotermiczna, więc w temperaturze wyższej stała jest mniejsza niż w $25\,^\circ$C.

Rozwiązanie

1. Masa CO = masa H₂O. $\dfrac{m}{28}+\dfrac{m}{18}=20$ → $m\approx219{,}1$ g. $n($CO$)=7{,}826$, $n($H₂O$)=12{,}174$ mol.
2. $K=\dfrac{x^2}{(7{,}826-x)(12{,}174-x)}=1$ → $x^2=(7{,}826-x)(12{,}174-x)$ → $x=\dfrac{7{,}826\cdot12{,}174}{20}=4{,}76$.
3. $n($H₂$)=x\approx\mathbf{4{,}76}$ mol.

Rozwiązanie

1. $n_{ca\lok}=\dfrac{1}{22{,}4}=0{,}04464$ mol; $n_A=0{,}008929$, $n_B=0{,}035714$ mol (V=1 dm³).
2. Powstało $0{,}004$ mol C: zużyto A $=0{,}002$, B $=0{,}004$. Równowaga: $[$A$]=0{,}006929$, $[$B$]=0{,}031714$, $[$C$]=0{,}004$.
3. $K_c=\dfrac{[\text{C}]^2}{[\text{A}][\text{B}]^2}=\dfrac{(0{,}004)^2}{0{,}006929\cdot(0{,}031714)^2}\approx\mathbf{2{,}3}\ \tfrac{\text{dm}^3}{\text{mol}}$.

Rozwiązanie

Stężenie A maleje od $1{,}0$ do $\approx0{,}45$ mol·dm⁻³ (ubytek $0{,}55$). Ponieważ A → 2B, stężenie B rośnie od $0$ do $2\cdot0{,}55\approx1{,}1$ mol·dm⁻³. Wykres B jest rosnący, lustrzany do wykresu A, i osiąga plateau ($\approx1{,}1$) od ok. $6$ s.