13.4 – Brug af ligevægtskonstanter

Værdien af Kc kan være stor eller lille. Størrelsen på ligevægtskonstanten afhænger af, om ligevægten nås med flere produkter end reaktanter, eller flere reaktanter end produkter. Størrelsen af ligevægtskonstanten påvirker imidlertid ikke, hvor hurtigt ligevægten nås.

Ligevægt med en stor Kc

Når en reaktion har en stor ligevægtskonstant, betyder det at den fortløbende reaktion har dannet en stor mængde produkter, inden ligevægten nås. Blanding vil i ligevægt derfor hovedsageligt indeholde produkter, hvilket gør koncentrationen af produkter i tælleren, større end koncentrationen af reaktanter i nævneren. Derfor har denne reaktion ved ligevægt, en stor værdi af Kc. Lad os se på reaktionen mellem SO2 og O2, der har en stor værdi af Kc. Ved ligevægt, indeholder reaktionsblandingen hovedsageligt produktet og kun lidt af reaktanterne (se figur 13.8).

2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)

K_{\textup{c}}=\frac{\textup{[SO}_{3}]^{2}}{\textup{[SO}_{2}]^{2}\cdot \textup{[O}_{2}]}\; \; \; \; \; \frac{\textup{Flest produkter}}{\textup{F\aa}\textup{ reaktanter}}=3,4 \cdot 10^{2}

Figur 13.8 – Ved reaktionen mellem SO2(g) og O2(g), indeholder reaktionsblandingen ved ligevægt, hovedsageligt produktet SO3(g), hvilket resulterer i en stor værdi af Kc.

Ligevægte med en lille Kc

Når en reaktion har en lille værdi af Kc, indeholder reaktionsblandingen ved ligevægt hovedsageligt reaktanter, og kun få produkter. Dermed får ligningen for ligevægtskonstanten et lille tal i tælleren og et stort tal i nævneren.

Dermed har denne reaktion en lille værdi af Kc ved ligevægt. Lad os se på reaktionen for dannelsen af NO(g) ved reaktion mellem N2(g) og O2(g), som har en lille værdi af Kc (se figur 13.9).

N2(g)+O2(g)2NO(g)

K_{\textup{c}}=\frac{\textup{[NO]}^{2}}{\textup{[N}_{2}]\cdot \textup{[O}_{2}]}\; \; \; \; \; \frac{\textup{F\aa}\textup{ produkter}}{\textup{Flest reaktanter}}=2\cdot 10^{-9}

Figur 13.9 – Ligevægtsblandingen indeholder meget små mængder af produktet NO, og en stor mængde af reaktanterne N2 og O2, hvilket resulterer i en lille værdi af Kc.

Kun få reaktioner har en ligevægtskonstant nær på 1, hvilket betyder, at de har omkring den samme koncentration af reaktanter og produkter. Kun moderate mængder reaktanter, er blevet omdannet til produkter ved ligevægtspunktet (se figur 13.10).

Figur 13.10 – Ved ligevægt, indeholder en reaktion med en stor værdi af Kc hovedsageligt produkter, hvor en reaktion med en lille værdi af Kc indeholder hovedsageligt reaktanter.

Tabel 13.2 viser nogle ligevægtskonstanter og udstrækningen af deres reaktion.

Konceptforståelse 13.5

Reaktionsgrad

Forudsig, for hver af følgende, om reaktionsblandingen ved ligevægt, vil indeholde flest reaktanter eller flet produkter:

a.

2H2(g)+O2(g)2H2O(g)

      K_{\textup{c}}=2,9 \cdot 10^{82}

b.

N2O4(g)2NO2(g)

         K_{\textup{c}}=5,9 \cdot 10^{-3}

Svar

a. Når Kc har en stor værdi, indikerer det at der er høje koncentrationer af produkter i tælleren og lave koncentrationer af reaktanter i nævneren. Derfor indeholder denne ligevægt hovedsageligt produkter.

b. Når Kc har en lille værdi, indikerer det at der er lave koncentrationer af produkter i tælleren og høje koncentrationer af reaktanter i nævneren. Derfor indeholder denne ligevægt hovedsageligt reaktanter.


Beregning af koncentrationer ved ligevægt

Når vi kender den numeriske værdi af ligevægtskonstanten, og alle koncentrationerne med undtagelse af en, kan vi beregne den ukendte koncentration, som vist i Opgaveeksempel 13.6.

Opgaveeksempel 13.6

Beregning af koncentration ved anvendelse af Kc

For reaktionen mellem carbondioxid og hydrogen, er koncentrationerne ved ligevægt 0,25 M CO2, 0,80 M H2, og 0,50 M H2O. Hvad er koncentrationen af CO(g) ved ligevægt?

CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)

         K_{\textup{c}}=0,11

Løsning

Trin 1:
Angiv de oplyste mængder og de ønskede mængder.

Trin 2:
Opskriv ligningen for Kc ved ligevægt, og løs ligningen i forhold til den ukendte reaktion.

K_{\textup{c}}=\frac{\textup{[CO]}\cdot \textup{[H}_{2}\textup{O]}}{\textup{[CO}_{2}]\cdot \textup{[H}_{2}]}

Vi kan omarrangere Kc ligningen, så vi løser den med hensyn til [CO], ved at gange begge sider med [CO2]·[H2], og dividere begge sider med [H2O].

K_{\textup{c}}\cdot \textup{[CO}_{2}]\cdot \textup{[H}_{2}]=\frac{\textup{[CO]}\cdot \textup{[H}_{2}\textup{O]}}{\textup{[CO}_{2}]\cdot \textup{[H}_{2}]}\cdot \textup{[CO}_{2}]\cdot \textup{[H}_{2}]\Leftrightarrow K_{\textup{c}}\cdot \textup{[CO}_{2}]\cdot \textup{[H}_{2}]=\textup{[CO]}\cdot \textup{[H}_{2}\textup{O]}

K_{\textup{c}}\cdot \frac{\textup{[CO}_{2}]\cdot \textup{[H}_{2}]}{\textup{[H}_{2}\textup{O]}}=\frac{\textup{[CO]}\cdot \textup{[H}_{2}\textup{O]}}{\textup{[H}_{2}\textup{O]}}\Leftrightarrow \textup{[CO]}=K_{\textup{c}}\cdot \frac{\textup{[CO}_{2}]\cdot \textup{[H}_{2}]}{\textup{[H}_{2}\textup{O]}}

Trin 3:
Indsæt koncentrationerne (den molære) i ligningen, og beregn resultatet.

\textup{[CO]}=K_{\textup{c}}\cdot \frac{\textup{[CO}_{2}]\cdot \textup{[H}_{2}]}{\textup{[H}_{2}\textup{O]}}=0,11\cdot \frac{[0,25]\cdot [0,80]}{[0,50]}\Leftrightarrow [CO]=0,044\textup{ M}

13.5 – Ændring af ligevægtsbetingelserne: Le Châteliers Princip →