ICE-tabelle: stap vir stap vir ewewig oplos

Wat die drie rye van 'n ICE-tabel aanteken

ICE staan vir Initial, Change en Equilibrium (begin, verandering en ewewig). Skryf die gebalanseerde vergelyking bo-oor en gee elke spesie sy eie kolom. Die beginry (I) bevat die konsentrasies (of parsiële drukke) voordat die reaksie skuif. Die veranderingsry (C) bevat hoeveel elkeen op- of afgaan. Die ewewigsry (E) is die som van die eerste twee.

Die veranderingsry is waar die chemie lê. Elke inskrywing is 'n veelvoud van 'n enkele onbekende, x, en die veelvoude is die koëffisiënte van die gebalanseerde vergelyking. Vir 2 SO₂(g) + O₂(g) ⇌ 2 SO₃(g) wat voorwaarts verloop, is die veranderinge −2x, −x en +2x. Reaktante verloor en produkte wen wanneer die reaksie voorwaarts verloop; die tekens draai om wanneer dit terugwaarts verloop.

Gebruik molêre konsentrasies vir Kc en parsiële drukke vir Kp. Suiwer vaste stowwe en suiwer vloeistowwe verskyn nie in die ewewigsuitdrukking nie, dus laat hulle ook uit die tabel uit. Skakel enige mol om na konsentrasies deur deur die houervolume te deel voordat jy die beginry invul.

Die rigting van verandering met Q kies

Besluit voordat jy tekens toeken in watter rigting die reaksie moet gaan. Bereken die reaksiekwosiënt Q uit die beginwaardes, met dieselfde vorm as die K-uitdrukking. As Q kleiner as K is, is daar te min produkte en verloop die reaksie voorwaarts. As Q groter as K is, verloop dit terugwaarts. As Q gelyk is aan K, is die mengsel reeds in ewewig en verander niks nie.

Wanneer 'n produk by nul begin, is Q nul en moet die reaksie voorwaarts verloop, dus kan jy die berekening oorslaan. Wanneer elke spesie teenwoordig is, bereken Q. Neem byvoorbeeld die swaeltrioksiedreaksie met Kc = 37.0 (gevind in die volgende afdeling) en 'n mengsel met [SO₂] = 0.100 M, [O₂] = 0.050 M en [SO₃] = 0.500 M. Q = (0.500)² / ((0.100)² × 0.050) = 500. Q is groter as K, dus ontbind SO₃ totdat die verhouding tot 37.0 daal.

Uitgewerkte voorbeeld: K uit een gemete konsentrasie

Soms is die onbekende K self. Veronderstel 'n houer begin met [SO₂] = 0.400 M en [O₂] = 0.200 M en geen SO₃ nie, en by ewewig word [SO₃] as 0.250 M gemeet. Hierdie waardes is vir hierdie gids opgestel om die metode te wys; dit is nie literatuurdata nie.

SO₃ het van 0 tot 0.250 M gegaan, dus 2x = 0.250 en x = 0.125 M. Elke ander verandering volg uit die koëffisiënte: SO₂ daal met 2x = 0.250 M tot 0.150 M, en O₂ daal met x = 0.125 M tot 0.075 M. Dan is Kc = [SO₃]² / ([SO₂]²[O₂]) = (0.250)² / ((0.150)² × 0.075) = 37.0. Een gemete konsentrasie plus die stoïgiometrie was genoeg om al drie vas te stel.

Uitgewerkte voorbeeld: wanneer die vergelyking 'n volkome vierkant is

Vir H₂(g) + I₂(g) ⇌ 2 HI(g) gebruik Kc = 50.5, die waarde wat OpenStax Chemistry 2e afdeling 13.4 vir hierdie reaksie gebruik onder die toestande van sy voorbeeld. Begin met [H₂] = [I₂] = 0.500 M en geen HI nie. Q is nul, dus verloop die reaksie voorwaarts. Die tabel gee ewewigswaardes van 0.500 − x vir elke reaktant en 2x vir HI.

Die uitdrukking is 50.5 = (2x)² / (0.500 − x)². Albei kante is volkome vierkante, dus neem die vierkantswortel in plaas daarvan om uit te brei: 7.106 = 2x / (0.500 − x). Herrangskikking gee x = 0.500 × 7.106 / (2 + 7.106) = 0.390 M. By ewewig is [H₂] = [I₂] = 0.110 M en [HI] = 0.780 M. Kontrole: (0.780)² / (0.110)² = 50.3, wat binne die afronding van die konsentrasies met 50.5 ooreenstem.

Die vierkantswortel-kortpad werk slegs wanneer die uitdrukking 'n volkome vierkant is, wat hier gelyke beginhoeveelhede van die twee reaktante vereis. Met ongelyke hoeveelhede moet jy 'n kwadratiese vergelyking oplos.

Uitgewerkte voorbeeld: die volledige kwadratiese vergelyking oplos

Vir PCl₅(g) ⇌ PCl₃(g) + Cl₂(g) gebruik OpenStax afdeling 13.4 Kc = 0.0211. Begin met [PCl₅] = 0.400 M en [Cl₂] = 0.100 M maar geen PCl₃ nie. Q is nul, dus verloop die reaksie voorwaarts. Ewewigswaardes is 0.400 − x, x en 0.100 + x.

Vervang: 0.0211 = x(0.100 + x) / (0.400 − x). Vermenigvuldig uit en versamel terme om x² + 0.1211x − 0.00844 = 0 te kry. Die kwadratiese formule gee x = 0.0495 of x = −0.171. Die negatiewe wortel sou [PCl₃] negatief maak, dus verwerp dit. By ewewig is [PCl₅] = 0.351 M, [PCl₃] = 0.0495 M en [Cl₂] = 0.150 M. Terugvervanging gee 0.0211, dus klop die antwoord.

Let op dat die Cl₂ wat reeds teenwoordig was, die reaksie teruggehou het. As jy met slegs 0.400 M PCl₅ begin, gee dieselfde K x = 0.0819 M, dus het die bygevoegde produk die mate van ontbinding verminder, soos Le Chatelier se beginsel voorspel.

Wanneer x klein is: die benadering en die 5-persent-kontrole

Wanneer K klein is en die beginkonsentrasies nie, beweeg die reaksie skaars, en 0.0400 − x is byna presies 0.0400. Om x uit daardie terme weg te laat, verander 'n kwadratiese vergelyking in 'n eenstapberekening. Die benadering word aanvaar wanneer x minder as 5 persent is van die konsentrasie waarvan dit afgetrek is.

Uitgewerkte voorbeeld. Vir N₂(g) + O₂(g) ⇌ 2 NO(g) gee OpenStax afdeling 13.4 Kc = 4.1 × 10⁻⁴ by 2000 °C. Begin met [N₂] = 0.0400 M en [O₂] = 0.0100 M. Dan is 4.1 × 10⁻⁴ = (2x)² / ((0.0400 − x)(0.0100 − x)). Benader: 4x² = 4.1 × 10⁻⁴ × 0.0400 × 0.0100, dus x = 2.0 × 10⁻⁴ M en [NO] = 2x = 4.0 × 10⁻⁴ M. Kontroleer teen die kleiner beginwaarde: 2.0 × 10⁻⁴ / 0.0100 = 2 persent, onder 5 persent. Die presiese kwadratiese vergelyking gee dieselfde [NO] tot twee beduidende syfers.

Die benadering faal wanneer K nie klein is in vergelyking met die konsentrasies nie. Vir slegs PCl₅ by 0.400 M met Kc = 0.0211 gee die aanname dat x klein is x = 0.092 M, wat 23 persent van 0.400 is. Die presiese antwoord is 0.0819 M, dus sou die kortpad ongeveer 12 persent te hoog wees. Doen altyd die kontrole; neem nooit aan nie.

Parsiële drukke en die terugwaartse reaksie

'n ICE-tabel werk op dieselfde manier met parsiële drukke en Kp. Vir 'n reaksie sonder verandering in die aantal mol gas is Kp gelyk aan Kc. Dit geld vir die waterstofjodied-ewewig, wat twee mol gas aan elke kant het.

Uitgewerkte voorbeeld. Suiwer HI word by 2.00 atm in 'n houer geplaas en toegelaat om te ontbind: 2 HI(g) ⇌ H₂(g) + I₂(g). Dit is die omgekeerde van die reaksie hierbo, dus is sy konstante 1/50.5 = 0.0198. Die veranderinge is −2x vir HI en +x vir elke produk. Dan is 0.0198 = x² / (2.00 − 2x)². Neem die vierkantswortel: 0.1407 = x / (2.00 − 2x), wat x = 0.220 atm gee. By ewewig is P(H₂) = P(I₂) = 0.220 atm en P(HI) = 1.56 atm.

Glipse met ICE-tabelle en hoe om hulle te vang

'n Laaste kontrole vang byna elke fout: vervang die ewewigswaardes terug in die K-uitdrukking en bevestig dat jy K herwin tot die presisie van die data.

• Mol in die tabel sit wanneer die houer nie 1 L is nie. Deel eers deur die volume.
• 1 vir elke koëffisiënt in die veranderingsry gebruik, byvoorbeeld −x in plaas van −2x vir SO₂.
• Vergeet om 'n term in die K-uitdrukking te kwadreer of tot die derde mag te verhef om by sy koëffisiënt te pas.
• Aanneem dat die reaksie voorwaarts verloop wanneer produkte aan die begin teenwoordig is. Bereken Q.
• 'n Wortel behou wat enige konsentrasie negatief maak of groter as wat fisies moontlik is.
• x weglaat sonder om te kontroleer dat dit onder 5 persent van die beginwaarde is.
• 'n Suiwer vaste stof of vloeistof in die tabel of in die uitdrukking insluit.
• K vir die voorwaartse reaksie gebruik wanneer die probleem omgekeerd geskryf is. Om 'n reaksie om te keer, keer K om.