Совет 1: Как вычислить равновесную концентрацию

В ходе химической реакции устанавливается равновесие, когда скорость прямой реакции (в ходе которой исходные вещества превращаются в продукты) становится равной скорости обратной реакции (когда продукты превращаются в исходные вещества). Концентрации всех этих веществ тогда называются равновесными.
Инструкция
1
В первую очередь вспомните, что такое константа равновесия. Это – величина, характеризующая отношение концентраций (или парциальных давлений) продуктов реакции к концентрациям исходных веществ. Например, если реакция протекает по схеме: А + В = С + D, то Кр = [C][D]/[A][B].
2
Если же схема протекания реакции такая: 2А + В = 2С, то Кр вычисляется по такой формуле:[C]^2/[B][A]^2. То есть индексы превращаются в показатель степени, в которую нужно возвести концентрацию того или иного компонента.
3
Рассмотрите пример. Предположим, протекает та самая первая реакция: А + B = C + D. Требуется определить равновесные концентрации всех компонентов, если известно, что начальные концентрации исходных веществ А и В были равны 2 моль/литр, а константа равновесия может быть принята за 1.
4
Снова запишите формулу константы равновесия для этого конкретного случая: Кр = [C][D]/[A][B]. Учитывая, что Кр = 1, получите: [C][D] = [A][B].
5
Начальные концентрации веществ А и В вам известны (заданы по условиям задачи). Начальные концентрации продуктов реакции С и D были равны 0, а потом увеличились до неких равновесных значений. Обозначьте равновесную концентрацию вещества С за х, тогда равновесная концентрация вещества А (из которого образовалось С) будет равна (2-х).
6
Поскольку схема реакции свидетельствует, что из 1 моля вещества А образуется 1 моль вещества С, а из 1 моля вещества В – 1 моль вещества D, то, соответственно, равновесная концентрация D также будет = х, а равновесная концентрация В = (2-х).
7
Подставив эти величины в формулу, получите: (2-х) (2-х) = х^2. Решив это уравнение, получите: 4х = 4, то есть, х = 1.
8
Следовательно, равновесные концентрации продуктов реакции C и D равны 1 моль/литр. Но поскольку равновесные концентрации исходных веществ А и В вычисляются по формуле (2-х), то и они также будут равны 1 моль/литр. Задача решена.

Совет 2: Как вычислить исходные концентрации

В ходе протекания реакций одни вещества превращаются в другие, меняя при этом свой состав. Таким образом, «исходные концентрации» - это концентрации веществ до начала протекания химической реакции, то есть превращения их в другие вещества. Разумеется, такое преобразование сопровождается уменьшением их количества. Соответственно, снижаются и концентрации исходных веществ, вплоть до нулевых значений – если реакция протекла до конца, необратимо, а компоненты были взяты в эквивалентных количествах.
Инструкция
1
Предположим, перед вами поставлена следующая задача. Протекала некая химическая реакция, в ходе которой исходные вещества, принятые как А и Б, превращались в продукты, например, условно В и Г. То есть реакция проходила по следующей схеме: А + Б = В + Г. При концентрациях вещества Б равным 0,05 моль/л, а вещества Г - 0,02 моль/л, установилось некое химическое равновесие. Необходимо определить, какова начальная концентрация веществ А0 и Б0, если константа равновесия Кр равна показателю 0,04?
2
Для решения поставленной задачи примите равновесную концентрацию вещества А за величину «x», а концентрацию вещества В за «y». А также вспомните, что константа равновесия Кр исчисляется по следующей формуле: [В][Г]/[А][Б].
3
В ходе решения получите следующие вычисления: 0,04 = 0,02y /0,05x. То есть путем простейших вычислений вы получите, что y = 0,1x.
4
Теперь еще раз внимательно посмотрите на вышеуказанное уравнение химической реакции. Из него следует, что из одного моля веществ А и Б образовывалось по одному молю веществ В и Г. Исходя их этого, начальную молярную концентрацию вещества А можно представить следующим образом:А0 = x + 0,02 А0 = x + y
5
Вспомните, что величина «y», как вы только что определили, равна некому показателю 0,1x. Преобразуя эти уравнения в дальнейшем, вы получите: x + 0,02 = 1,1 x. Из этого следует, что x = 0,2 моль/л, и тогда начальная концентрация [A0] равна 0,2 + 0,02 = 0,22 моль/л.
6
А как быть с веществом Б? Его начальная концентрация Б0 находится гораздо проще. Для определения к равновесной концентрации этого вещества надо прибавить равновесную концентрацию продукта-вещества Г. То есть [Б0] = 0,05 + 0,02 = 0,07 моль/л.Ответ будет таковым: [A0] = 0,22 моль/л., [Б0] = 0,07 моль/л. Поставленная задача решена.

Совет 3: Как найти константу равновесия

Химическое равновесие — это состояние химической системы, когда скорость протекания прямой и обратной химической реакции равны. То есть состояние, при котором концентрации исходных веществ и продуктов реакции (либо их парциальные давления) не меняется. А константа равновесия Кр — это величина, определяющая соотношение между этими концентрациями, или давлениями.
Инструкция
1
Допустим, вам нужно рассчитать константу равновесия. Если речь идет о реакции между газами, продуктом которой также является газ, то константа равновесия рассчитывается через парциальные давления компонентов. Например, рассмотрите реакцию каталитического окисления диоксида серы до серного ангидрида (сырья для получения серной кислоты). Она протекает по следующей схеме:2SO2 + O2 = 2SO^3.
2
С учетом коэффициентов, стоящих перед молекулами диоксида серы и серного ангидрида, формула константы равновесия будет выглядеть следующим образом:P^2 SO3/p^2 SO2 х pO2
3
Если реакция протекает в каком-либо растворе, и вам известны молярные концентрации исходных веществ и продуктов, то формула, по которой рассчитывается константа равновесия обратимой химической реакции А + Б = В + Г, будет следующей:Кр = [A][Б]/[B][Г].
4
Вычислите константу равновесия химической реакции, используя известную величину изменения энергии Гиббса (эти данные вы можете найти в химических справочниках). Вычисление производится по следующей формуле:∆G = -RT lnKр, то есть lnKр = -∆G/RT. Вычислив величину натурального логарифма Кр, вы без труда определите и саму величину константы равновесия.
5
При расчете константы равновесия, помните, что величина изменения энергии Гиббса зависит лишь от конечного и начального состояния системы, а не от промежуточных этапов. Иными словами, вам совершенно безразлично, какими путями было получено конечное вещество из исходного, изменение энергии Гиббса все равно будет одним и тем же. Поэтому, если вы по какой-то причине не можете определить ∆G для конкретной реакции, можно произвести расчеты по промежуточным реакциям (важно лишь, чтобы они в итоге привели к образованию нужного нам конечного вещества).
Источники:
  • как определить константу равновесия

Совет 4: Как вычислить концентрацию веществ

Концентрация - это величина, показывающая, какое количество вещества находится в определенной массе или объеме газа, сплава или раствора. Чем выше концентрация, тем больше вещества там содержится. 100%-я концентрация соответствует чистому веществу.
Инструкция
1
Предположим, речь идет о сплаве. Например, бронза – сплав меди с оловом. Когда-то она имела такое значение, что в историю цивилизации вошла целая эпоха – «Бронзовый век». Итак, у вас имеется бронзовая деталь весом 1 кг, отлитая из сплава, содержащего 750 г меди и 250 г олова. Требуется найти концентрацию этих веществ.
2
Здесь вам на помощь придет понятие «массовая доля», она же – «процентная концентрация». Как легко можно понять из самого названия, она выражается величиной, характеризующей отношение массы компонента к общей массе. 750/1000 = 0,75 (или 75%) – для меди, 250/1000 = 0,25 (или 25%) – для олова.
3
А как быть в случае раствора? Вот, например, хорошо знакомая вам пищевая сода – бикарбонат натрия, NaHCO3. Предположим, 20 г этого вещества растворили в некотором количестве воды. Взвесив сосуд с раствором, и вычтя массу самого сосуда, получили массу раствора – 150 г. Как можно вычислить концентрацию раствора бикарбоната натрия?
4
Во-первых, посчитайте его массовую долю (или процентную концентрацию). Разделите массу вещества на общую массу раствора: 20/150 = 0,133. Или, переведите в проценты 0,133 * 100 = 13,3%.
5
Во-вторых, вы можете вычислить его молярную концентрацию, то есть посчитать, какое количество молей бикарбоната натрия находилось бы в 1 литре такого раствора. Для начала вычислите, чему равен 1 моль этого вещества. Складывая атомные веса элементов, входящих в состав молекулы бикарбоната натрия (и не забывая при этом об индексах), получите его молярную массу: 23 + 1 + 12 + 48 = 84 г/моль.
6
То есть, если бы в 1 литре раствора содержалось бы 84 грамма этого вещества, у вас был бы 1-молярный раствор. Или, как принято записывать, 1М. А у вас – 20 грамм, к тому же в меньшем объеме. Учитывая, что плотность воды равна 1, для упрощения расчетов примите, что объем раствора составляет 130 мл (130 г + 20 г = 150 г, по условиям задачи). Небольшим изменением объема при растворении соли можно пренебречь, погрешность будет незначительной.
7
130 мл примерно в 7,7 раз меньше, чем 1000 мл. Следовательно, если бы в этом объеме содержалось 84/7,7 = 10,91 грамм бикарбоната натрия, это был бы 1М раствор. Но у вас 20 грамм вещества, следовательно: 20/10,91 = 1,83М. Вот такова молярная концентрация бикарбоната натрия в данном случае.
Полезный совет
Можно вычислить концентрацию, используя также понятия «мольная доля», «нормальность», «титр».

Совет 5: Как вычислить концентрацию

С понятием концентрации человек встречается не только в областях науки, но и в повседневной жизни. Например, массовая доля жира, указанная на продуктах питания (молоко, масло и т.д.) не что иное, как процентная концентрация. Кроме нее есть еще молярная, нормальная и моляльная концентрации. И любую из них легко вычислить по формулам.
Вам понадобится
  • - ручка;
  • - бумага;
  • - периодическая таблица;
  • - калькулятор.
Инструкция
1
Чтобы найти массовую долю (процентную концентрацию) того или иного вещества, разделите его массу на общую массу раствора (смеси). Результат получите в долях единицы, которые затем можете пересчитать в проценты, что тоже будет верно. Например, дана задача: для приготовления раствора взяли 150 г воды и 50 г сахара. Необходимо вычислить процентную концентрацию растворенного вещества. Для решения сначала запишите формулу, а затем найдите искомую величину:ω (сахара)= m(сахара)/m(раствора) = 50/ (150+50) =0,25 * 100% = 25%В растворе содержится 25% сахара.
2
При вычислении молярной концентрации, вы должны количество вещества разделить на суммарный объем раствора. Единицей измерения, в данном случае, будет моль/л. Формула для расчета имеет следующий вид: C = n(растворенного вещества)/V, гдеC – молярная концентрация (моль/л);n – количество вещества (моль);V – суммарный объем смеси (литр).
3
Нормальная концентрация выражается в грамм-эквивалент/литр и обозначает количество эквивалентов определенного вещества в 1 л раствора, которое равно, при химических реакциях, 1г водорода или 8 г кислорода. Допустим вам необходимо рассчитать нормальность 70% серной кислоты, плотность которой равна 1,615 г/л. Из условия задачи понятно, что 100 г раствора содержит 70 г кислоты. Поэтому сначала найдите объем данного раствора: V = 100/1,615 = 61,92 (мл). Затем рассчитайте массу H2SO4 в 1 литре раствора: m(H2SO4) = 1000*70/61,92 = 1130,49 (г). А потом вычислите нормальность, учитывая при этом, что кислота является двухосновной:Cн = m*z/ M =1130,49*2/98 = 23,06 Н.
4
Если же вам требуется рассчитать моляльную концентрацию раствора (моляльность) – воспользуйтесь следующей формулой: Cм = n/m, гдеCм – моляльная концентрация измеряется в моль/кг;n – количество определенного вещества в молях;m – суммарная масса раствора в килограммах.В отличие от молярности моляльная концентрация не зависит от температурных условий протекания реакции.
Полезный совет
В аналитической химии часто вместо концентрации используют титр. Он показывает количество определенного вещества в одном миллилитре раствора.

Совет 6: Как вычислить моляльную концентрацию

Молярная концентрация – величина, которая показывает, сколько молей какого-либо вещества содержится в одном литре раствора. То есть это одна из разновидностей показателей концентрации. Часто возникает задача: посчитать молярную концентрацию того или иного раствора.
Инструкция
1
Предположим, у вас есть раствор объемом 300 миллилитров, содержащий 18 граммов натриевой селитры (то есть нитрата натрия или натрия азотнокислого). Необходимо вычислить его молярную концентрацию.
2
Вспомните для начала, что формула этого вещества – NaNO3. А также, что численно молярная масса любого вещества равна его молекулярной массе, отличаясь только размерностью. Посчитайте молекулярную массу нитрата натрия: 23 + 14 + 16*3 = 85 граммов/моль.
3
Следовательно, если бы 85 граммов нитрата натрия содержалось в 1 литре раствора, это был бы одномолярный (1М) раствор данного вещества. Но у вас не 85, а 18 граммов, и объем раствора не 1000 миллилитров, а только 300. Произведите несложное вычисление: 18*1000/(85*300). Вы получите ответ: 0,70588 М. Или, округленно, 0,706 М. Вот такова молярная концентрация имеющегося раствора нитрата натрия. Разумеется, если вам не нужна высокая точность, можно принять концентрацию даже за 0,7М.
4
Ну, а если условия задачи будут видоизменены? Вот, например, имеется 500 миллилитров 20%-го раствора хорошо известного вам вещества – поваренной соли (она же – хлористый натрий). И требуется посчитать его молярную концентрацию. Как это сделать?
5
Здесь тоже нет абсолютно ничего сложного. Прежде всего, вспомните определение процентной концентрации. Это массовая доля, показывающая, сколько вещества содержится в общей массе раствора или расплава, или смеси веществ. То есть для начала вам надо установить массу имеющегося количества раствора. Заглянув в таблицу плотностей, вы увидите: ρ20%-го раствора NaCl при комнатной температуре равна 1,1478 граммов/мл. То есть масса 500 мл 20%-го раствора составит: 500*1,1478 = 573,9 грамма. Или, округленно, 574 грамма.
6
А дальше уже все становится проще простого. 20% от 574 граммов составляют: 0,2*574 = 114,8 граммов – вот столько соли содержится в 500 мл раствора. Соответственно, в 1 литре такого раствора содержалось бы 229,6 грамма натрия хлористого. Если бы это был 1М раствор, то в 1 литре содержалось бы 58,5 грамма соли. То есть концентрация вашего раствора составляет: 229,6/58,5 = 3,92 М. Задача решена.
Видео по теме

Совет 7: Как определить константу равновесия

Константа равновесия характеризует смещение обратимой химической реакции в сторону образования продуктов реакции или исходных веществ. Вычислить константу равновесия можно различными способами, в зависимости от условий задачи.
Вам понадобится
  • - ручка;
  • - бумага для записей;
  • - калькулятор.
Инструкция
1
Константу равновесия можно выразить через равновесные концентрации участников реакции – то есть концентрации веществ в момент, когда скорость прямой реакции равна скорости обратной. Пусть дана обратимая реакция веществ А и В в определенных условиях с образованием вещества С: nА+mB ↔ zС, где n, m, z – коэффициенты в уравнении реакций. Константу равновесия можно выразить: Kc = [C]^z/ ([A]^n*[B]^m), где [C], [A], [B] – равновесные концентрации веществ..
2
В первом типе задач требуется определить константу равновесия из равновесных концентраций веществ. Равновесные концентрации могут быть не заданы прямо. При их решении сначала запишите уравнение реакции, расставьте коэффициенты.
3
Пример: монооксид азота при определенных условиях реагирует с кислородом c образованием NO2. Даны начальные концентрации веществ NO и O2 – 18 моль/л и 10 моль/л. Известно, что прореагировало 60% О2. Требуется найти константу равновесия реакции.
Как определить <b>константу</b> <strong>равновесия</strong>
4
Запишите уравнение реакции, расставьте коэффициенты. Обратите внимание, в каком соотношении реагируют вещества. Вычислите концентрацию O2, вступившего в реакцию: 10моль*0,6 = 6 моль/л. Из уравнения реакции найдите концентрацию прореагировавшего NO – 12 моль/л. И концентрацию NO2 - 12 моль/л.
5
Определите количество не вступившего в реакцию NO: 18-12 = 6 моль. И непрореагировавшего кислорода: 10-6 = 4 моль. Вычислите константу равновесия: Кc = 12^2/(6^2*4) = 1.
6
Если в условии задачи указаны константы скорости прямой и обратной реакции, найдите константу равновесия из соотношения: K = k1/k2, где k1, k2 – константы скорости прямой и обратной химических реакций.
7
При изотермическом процессе и изобарном процессе константу равновесия можно найти из уравнения стандартного изменения энергии Гиббса: ΔGр-и = -RT*lnKc = -8,31T*2,3lgKc, где R – универсальная газовая постоянная, равная 8,31; T – температура реакции, К; lnKc – натуральный логарифм константы равновесия. Для удобства его переводят в десятичный lgKc умножением на коэффициент 2,3.
8
Определить изменение стандартной энергии Гиббса реакции, вы можете из уравнения для изотермического изобарного процесса: ΔG = ΔH – T ΔS, где T – температура реакции, К; ΔH - энтальпия, кДж/моль; ΔS - энтропия, Дж/(моль-град). Значение энтальпии и энтропии для 1 моля основных химических соединений при температуре 25оС даны в справочной литературе. Если температура реакции отличается от 25оС, значения энтальпии и энтропии должны быть приведены в условии задачи.
9
Также величину ΔG реакции при 25оС вы можете найти, сложив потенциалы образования ΔGобр каждого из продуктов реакции и вычтя из суммы ΔGобр исходных веществ. Значения потенциалов образования 25оС для 1 моля различных веществ приведены в справочных таблицах.
Как определить <b>константу</b> <strong>равновесия</strong>
Обратите внимание
В случае, если участники реакции находятся в разных агрегатных состояниях, в формулу для определения константы равновесия входят концентрации веществ, находящихся в более подвижном (газ или жидкость) состоянии.

Совет 8: Как выразить константу равновесия

Выразить константу равновесия можно по-разному. Все зависит от условий задачи. Эта величина характеризует смещение обратимой химической реакции в сторону образования исходных веществ или определенных продуктов этой реакции.
Вам понадобится
  • ручка, бумага, калькулятор
Инструкция
1
Выразите константу равновесия через равновесные концентрации веществ, участвующих в реакции. Возьмите за исходную величину концентрации веществ в тот момент, когда скорость обратной и прямой реакции равны. Предположите, что в обратимую реакцию вступили вещества А и B. Реакция прошла в определенных условиях с образованием вещества С: nА+mB ↔ zС, где n, m, z - коэффициенты в этом уравнении. Выразите константу следующим образом: Kc = [C]^z/ ([A]^n*[B]^m), где [C], [A], [B] – концентрации веществ, находящиеся в равновесии.
2
Возьмите для исследования изотермические и изобарные процессы. В этом случае выразите константу равновесия с помощью уравнения Гиббса: ΔGр-и = -RT*lnKc = -8,31T*2,3lgKc, где R – универсальная газовая постоянная, равная 8,31; T – температура реакции, К; lnKc – натуральный логарифм константы равновесия. Для удобства переведите его в десятичный lgKc. Для этого умножьте коэффициент на 2,3.
3
Определите стандартной энергии Гиббса для реакции. Можно сделать это, использовав уравнение для изотермического изобарного процесса: ΔG = ΔH – T ΔS, где T – температура реакции, К; ΔH - энтальпия, кДж/моль; ΔS - энтропия, Дж/(моль-град). Найдите в справочнике значение энтальпии и энтропии для 1 моля базовых химических соединений. Если реакция проходит при температуре, отличной от 250C, обязательно приведите значение этих величин в условии задачи.
4
Найдите величину ΔG реакции при температуре 250С. Для этого сложите потенциалы образования ΔGобр каждого из полученных продуктов реакции. Затем вычтите из суммы ΔGобр исходных химических веществ. Найдите значения потенциалов в справочнике.
5
Вычислите константу равновесия в химической реакции газов, в результате которой тоже получается газ. Она рассчитывается через парциальные давления компонентов.
6
Если реакция протекает в растворе с известными значениями молярных концентраций исходных веществ, то рассчитать константу можно по следующей формуле: Кр = [A][Б]/[B][Г]. Это применимо к обратимой химической реакции А + Б = В + Г.
Обратите внимание
Если участники реакции находятся в разных агрегатных состояниях, в формулу для определения константы равновесия включите концентрации веществ, находящихся в более подвижном (газ или жидкость) состоянии.
Полезный совет
Равновесные концентрации могут быть не заданы прямо. При решении задач с таким условием сначала запишите уравнение реакции, расставьте коэффициенты.
Источники:
  • Константа равновесия
Поиск
Совет полезен?
Добавить комментарий к статье
Осталось символов: 500
к
Honor 6X Premium
новая премиальная версия
узнать больше