Реакционный коэффициент и константа

9 заданий

Закон действующих масс

Для любой смеси можно вычислить реакционный коэффициент \(Q\) — дробь из активностей участников в степенях, равных коэффициентам уравнения; продукты в числителе, реагенты в знаменателе. Например, для \(\ce{2A + B <=> 3C}\)

\[Q = \frac{a_{\ce{C}}^{3}}{a_{\ce{A}}^{2}\,a_{\ce{B}}}.\]

В равновесии \(Q\) принимает одно и то же значение при данной температуре, каким бы ни был исходный состав. Это значение и есть константа равновесия \(K\) (закон действующих масс).

Активность — безразмерная «эффективная концентрация» (урок 41): для идеального газа \(a = p/p^\circ\) с \(p^\circ = 1\) бар, для растворённого вещества в разбавленном растворе \(a = c/c^\circ\) с \(c^\circ = 1\) моль/л. Поэтому термодинамическая константа — безразмерное число, зависящее только от температуры.

edit_noteСинтез аммиака

\(\ce{N2 + 3H2 <=> 2NH3}\): \(K = \dfrac{(p_\ce{NH3}/p^\circ)^2}{(p_\ce{N2}/p^\circ)(p_\ce{H2}/p^\circ)^3}\). Если подставлять давления в барах, \(p^\circ = 1\) можно не писать.

errorКонстанта зависит от записи уравнения

Удвоим коэффициенты — константа возведётся в квадрат; перевернём уравнение — получим \(1/K\). Поэтому константу всегда сообщают вместе с уравнением.

infoИз истории

Закон действующих масс сформулировали в 1864 году норвежцы Като Гульдберг и Петер Вааге — математик и химик, к тому же близкие родственники по браку. Работа, опубликованная по-норвежски, долго оставалась незамеченной, пока авторы не повторили её по-французски (1867).

Что не входит в константу

Активность чистого твёрдого вещества и чистой жидкости равна 1 — сколько бы их ни было. Кусочек мела или целая глыба: пока твёрдая фаза есть, она «присутствует одинаково». Поэтому чистые твёрдые и жидкие вещества в \(Q\) и \(K\) не пишут:

\[\ce{CaCO3(s) <=> CaO(s) + CO2(g)}: \qquad K = \frac{p_\ce{CO2}}{p^\circ}.\]

Над известняком при данной температуре устанавливается одно-единственное давление углекислого газа — сколько бы ни было мела и извести. В разбавленном водном растворе не пишут и воду: её мольная доля почти равна 1.

errorТипичная ошибка

Писать \(K = \dfrac{[\ce{CaO}][\ce{CO2}]}{[\ce{CaCO3}]}\). «Концентрация» твёрдого вещества — его плотность, делённая на молярную массу; она не меняется в ходе реакции, и активность твёрдого вещества равна 1.

Сравниваем Q и K

Реакционный коэффициент показывает, где смесь сейчас, константа — куда она придёт.

\(Q < K\): продуктов меньше, чем в равновесии, — реакция идёт вперёд.
\(Q > K\): продуктов больше, чем в равновесии, — реакция идёт назад.
\(Q = K\): смесь в равновесии.

Реакционный коэффициент при разном составе смеси: левее точки равновесия Q < K и реакция идёт вперёд, правее Q > K — назад — Реакционный коэффициент при разном составе смеси: левее точки равновесия \(Q < K\) и реакция идёт вперёд, правее \(Q > K\) — назад

edit_noteБурый газ

Для \(\ce{N2O4 <=> 2NO2}\) при 298 К \(K = 0{,}150\). В сосуде \(p_\ce{NO2} = 0{,}20\) бар, \(p_\ce{N2O4} = 0{,}50\) бар: \(Q = 0{,}20^2/0{,}50 = 0{,}080 < K\) — часть \(\ce{N2O4}\) ещё распадётся, и бурая окраска станет гуще.

push_pinГлавное

Реакционный коэффициент \(Q\) — дробь из активностей в степенях коэффициентов (продукты в числителе) — можно вычислить для любой смеси; константа \(K\) — его значение в равновесии. Активность газа \(p/p^\circ\), растворённого вещества \(c/c^\circ\), чистых твёрдых и жидких веществ — 1, поэтому константа безразмерна и зависит только от температуры. \(Q < K\) — реакция идёт вперёд, \(Q > K\) — назад.

Закрепите теорию: 9 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.