Kemiska reaktionen A → B innebär att A omvandlas till B, men det betyder inte att all A blir B och inte heller att den omvända reaktionen inte kan ske.
Till exempel kan vätejodid produceras ur vätgas och jod enligt formeln.
H2 (g) + I2 (g) → 2HI (g)
Men vätejodid kan även dissociera och bilda vätgas och jod enligt formeln.
2HI (g) → H2 (g) + I2 (g)
Reaktionen sägs vara reversibel eller att den kan gå i båda riktningarna. När reaktionshastigheten för båda ovanstående reaktioner är lika råder kemisk jämvikt. Vi kemisk jämvikt bildas således vätejodid (HI) i samma takt som det försvinner. Detta kan man visa med ⇄ i reaktionsformeln.
H2 (g) + I2 (g) ⇄ 2HI (g)
Jämviktskonstanten K.
Vi tänker oss att ämnena A och B reagerar för att bilda C och D. C och D kan också reagera och återbilda A och B. Följande jämvikt gäller således.
A + B ⇄ C + D
Eftersom koncentrationen av A, B, C och D är konstant vid jämvikt kan vi skriva en ekvation för jämviktskonstanten K. Hakparentesen [C] betyder koncentrationen av ämne C.
( [C] · [D] ) ∕ ( [A] · [B] ) = K
Jämviktskonstanten för bildandet av vätejodid från vätgas och jod.
H2 (g) + I2 (g) ⇄ 2HI (g)
[HI]2 ∕ ( [H2] · [I2] ) = K
Beräkning av K när samtliga ämnens koncentrationer vid jämvikt är kända.
Övning 1.
Fosgen, COCl2, kan framställas genom reaktion mellan kolmonoxid och klor enligt
Fosgen, COCl2, kan framställas genom reaktion mellan kolmonoxid och klor enligt
CO(g) + Cl2(g) ⇄ COCl2(g)
En jämviktsblandning i en behållare som har volymen 2,0 L består av 4,0 mol CO, 2,0 mol Cl2 och 3,0 mol COCl2. Beräkna jämviktskonstanten. Ange både mätetal och enhet.
| CO | Cl | COCl2 | |
| substansmängd vid jämvikt | 4,0 mol | 2,0 mol | 3,0 mol |
| koncentration vid jämvikt | 4,0/2,0=2,0 M | 2,0/2,0=1,0 M | 3,0/2,0=1,5 M |
K= [COCl2] /([CO] · [Cl2]) = 1,5/(2,0 · 1,0) = 0,75 M -1
Övning 2.
Beräkna jämviktskonstanten K för följande reaktion:
H2 (g) + I2 (g) ⇄ 2HI (g)
om koncentrationen vid jämvikt vid 25 °C är:
[H2] = 0,0505 M
[I2] = 0,0498 M
[HI] = 0,389 M
Lösning:
(0,389)2 / (0,0505 ‧ 0,0498) = 60,2
K=60,2
Beräkning av K när alla startkoncentrationer och koncentrationen av ett ämne vid jämvikt är kända.
Övning 3:
En blandning av 1,0 mol kolmonoxid och 1,0 mol vattenånga upphettades i närvaro av en katalysator, varvid följande jämvikt ställde in sig:
CO(g) + H2O(g) ⇄ CO2(g) + H2(g)
Jämviktsblandningen visade sig innehålla 0,4 mol koldioxid. Beräkna härav jämviktskonstanten vid den aktuella temperaturen.
Lösning:
Volymen (V) av reaktionsblandningen är okänd!
Volymen (V) av reaktionsblandningen är okänd!
| CO | H2O | CO2 | H2 | |
| substansmängd från början | 1,0 mol | 1,0 mol | 0,0 mol | 0,0 mol |
| substansmängd vid jämvikt | 1,0-0,4=0,6 mol | 1,0-0,4=0,6 mol | 0,4 mol | 0,4 mol |
| koncentration vid jämvikt | 0,6/V M | 0,6/V M | 0,4/V M | 0,4/V M |
K=( [CO2] · [H2] )/( [CO] · [H2O] ) = (0,4 / V)2 / (0,6 / V)2 = (0,4 / 0,6)2 ≅ 0,4
Övning 4.
I en behållare med volymen 50,0 L införs 1,00 mol kolmonoxid och 3,40 mol vätgas. Gasblandningen upphettas till en viss temperatur. Ämnena reagerar enligt formel
CO(g) + 2H2(g) ⇄ CH3OH(g)
När jämvikt ställt in sig finner man att gasblandningen innehåller 0,40 mol metanol. Beräkna jämviktskonstanten.
Beräkning av jämviktskoncentrationen för ett ämne när man känner K och koncentrationerna för övriga ämnen.
Lösning:
| CO | 2H2 | CH3OH | |
| substansmängd från början | 1,00 mol | 3,40 mol | 0,00 mol |
| substansmängd vid jämvikt | 1,00-0,40=0,60 mol | 3,40-0,80=2,60 mol | 0,40 mol |
| koncentration vid jämvikt | 0,60/50,0 M | 2,60/50,0 M | 0,40/50,0 mol |
K = (0,40/50) / (0,60/50,0 · (2,60/50,0)2 ) = 247 M -2
Beräkning av jämviktskoncentrationen för ett ämne när man känner K och koncentrationerna för övriga ämnen.
Övning 5:
Vid temperaturen 1000 K är jämviktskonstanten 3,5∙10-3 mol/dm3 för reaktionen
2SO3(g) ⇄ 2SO2(g) + O2(g)
Hur många mol svaveldioxid kommer vid denna temperatur att vara i jämvikt med 3,0 mol svaveltrioxid och 2,0 mol syre i en behållare, vars volym är 5,00 dm3?
Lösning:
| 2SO3 | 2SO2 | O2 | |
| substansmängd vid jämvikt | 3,0 mol | x mol | 2,0 mol |
| koncentration vid jämvikt | 3,0/5,00 M | x/5,00 M | 2,0/5,00 M |
K= ((0,2x)2 ‧ 0,4 ) / 0,602 = 3,5∙10-3 mol/dm3
x2 = 0,07875 x ≈ 0,28
Svar: n(SO2) ≈ 0,28 mol
x2 = 0,07875 x ≈ 0,28
Svar: n(SO2) ≈ 0,28 mol
Bilda koncentrationskvoten Q.
Jämvikt eller inte jämvikt. Hur tar man reda på om ett system har uppnått jämvikt eller inte när man känner till K?Följande system har ännu inte uppnått jämvikt
A + B ⇄ C + D
Vi kan då bilda koncentrationskvoten Q enligt
( [C] · [D] ) ∕ ( [A] · [B] ) = Q
Följande gäller:
- Q = K Jämvikt har uppnåtts
- Q < K Det sker då en nettoreaktion åt höger tills jämvikt uppnås.
- Q > K Det sker då en nettoreaktion åt vänster tills jämvikt uppnås.
Om Q > K, då är produkten [C] · [D] för stor och [A] · [B] för liten. Därför måste A och B bildas och mer C och D förbrukas. Reaktion går därför åt vänster.
Övning 6.
En behållare visar sig vid analys innehålla 0,50 mol kolmonoxid, 0,050 mol koldioxid, 0,080 mol vätgas och 0,040 mol vattenånga. Jämviktskonstanten för reaktionen
CO(g) + H2O(g) ⇄ CO2(g) + H2(g)
är K=4,0 vid rådande temperatur. Undersök om blandningen befinner sig i jämvikt. Om så inte är fallet, åt vilket håll kommer reaktionen att gå?
Lösning:
| CO | H2O | CO2 | H2 | |
| substansmängd | 0,50 mol | 0,040 mol | 0,050 mol | 0,080 mol |
| koncentration | 0,50/V M | 0,040/V M | 0,050/V M | 0,080/V M |
Q= (0,050/V · 0,080/V) / (0,50/V · 0,040/V) = 0,004/0,020=0,20
Q < K. Svar: Ej jämvikt, reaktionen går åt höger.
Jämviktens läge kan påverkas.
I ett system som uppnått jämvikt kan jämviktens läge förskjutas om:- Man ändrar på koncentrationen av något av ämnena (temp. ändras ej)
- Totaltrycket ändras genom volymändring i (temp. ändras ej)
- Temperaturen ändras.
- En endoterm reaktion gynnas av en temperaturhöjning.
- En exoterm reaktion gynnas av en temperatursänkning.
Inga kommentarer:
Skicka en kommentar