ICE cədvəlləri: tarazlığın addım-addım hesablanması

ICE cədvəlinin üç sətri nəyi qeyd edir

ICE ingiliscə Initial (ilkin), Change (dəyişmə) və Equilibrium (tarazlıq) sözlərinin qısaltmasıdır. Tarazlaşdırılmış tənliyi yuxarıda yazın və hər növə ayrıca sütun verin. İlkin sətir reaksiya sürüşməzdən əvvəlki qatılıqları (və ya parsial təzyiqləri) saxlayır. Dəyişmə sətri hər birinin nə qədər artdığını və ya azaldığını göstərir. Tarazlıq sətri ilk ikisinin cəmidir.

Kimya Dəyişmə sətrindədir. Hər yazı tək bir naməlumun, x-in misli olur və bu mislilər tarazlaşdırılmış tənliyin əmsallarıdır. Düz istiqamətdə gedən 2 SO₂(g) + O₂(g) ⇌ 2 SO₃(g) üçün dəyişmələr −2x, −x və +2x-dir. Reaksiya düz istiqamətdə getdikdə reagentlər azalır, məhsullar artır; əks istiqamətdə getdikdə işarələr dəyişir.

Kc üçün molyar qatılıqlardan, Kp üçün parsial təzyiqlərdən istifadə edin. Təmiz bərk maddələr və təmiz mayelər tarazlıq ifadəsində iştirak etmir, buna görə onları cədvələ də daxil etməyin. İlkin sətri doldurmazdan əvvəl istənilən mol miqdarını qabın həcminə bölərək qatılığa çevirin.

Dəyişmə istiqamətinin Q ilə seçilməsi

İşarələri qoymazdan əvvəl reaksiyanın hansı istiqamətdə getməli olduğunu müəyyən edin. Reaksiya nisbəti Q-nu K ifadəsi ilə eyni formadan istifadə edərək ilkin qiymətlərdən hesablayın. Q K-dan kiçikdirsə, məhsullar çox azdır və reaksiya düz istiqamətdə gedir. Q K-dan böyükdürsə, əks istiqamətdə gedir. Q K-ya bərabərdirsə, qarışıq artıq tarazlıqdadır və heç nə dəyişmir.

Məhsul sıfırdan başlayanda Q sıfırdır və reaksiya düz istiqamətdə getməlidir, buna görə hesablamanı keçə bilərsiniz. Bütün növlər mövcud olduqda Q-nu hesablayın. Məsələn, Kc = 37.0 (növbəti bölmədə tapılır) olan kükürd trioksid reaksiyasını və [SO₂] = 0.100 M, [O₂] = 0.050 M və [SO₃] = 0.500 M olan qarışığı götürün. Q = (0.500)² / ((0.100)² × 0.050) = 500. Q K-dan böyükdür, buna görə SO₃ nisbət 37.0-a düşənə qədər parçalanır.

Həll olunmuş nümunə: bir ölçülmüş qatılıqdan K

Bəzən naməlum K-nın özüdür. Tutaq ki, qabda əvvəlcə [SO₂] = 0.400 M və [O₂] = 0.200 M var, SO₃ yoxdur, tarazlıqda isə [SO₃] 0.250 M ölçülür. Bu qiymətlər metodu göstərmək üçün bu bələdçi üçün qurulub; onlar ədəbiyyat məlumatları deyil.

SO₃ 0-dan 0.250 M-ə qədər artdı, buna görə 2x = 0.250 və x = 0.125 M. Qalan bütün dəyişmələr əmsallardan irəli gəlir: SO₂ 2x = 0.250 M azalaraq 0.150 M-ə, O₂ isə x = 0.125 M azalaraq 0.075 M-ə düşür. Onda Kc = [SO₃]² / ([SO₂]²[O₂]) = (0.250)² / ((0.150)² × 0.075) = 37.0. Üç qatılığın hamısını müəyyən etmək üçün bir ölçülmüş qatılıq və stexiometriya kifayət etdi.

Həll olunmuş nümunə: tənlik tam kvadrat olduqda

H₂(g) + I₂(g) ⇌ 2 HI(g) üçün Kc = 50.5 götürün; OpenStax Chemistry 2e bölmə 13.4 öz nümunəsinin şəraitində bu reaksiya üçün bu qiymətdən istifadə edir. [H₂] = [I₂] = 0.500 M ilə başlayın, HI yoxdur. Q sıfırdır, buna görə reaksiya düz istiqamətdə gedir. Cədvəl hər reagent üçün 0.500 − x, HI üçün isə 2x tarazlıq qiymətlərini verir.

İfadə 50.5 = (2x)² / (0.500 − x)²-dir. Hər iki tərəf tam kvadratdır, buna görə mötərizəni açmaq əvəzinə kvadrat kök alın: 7.106 = 2x / (0.500 − x). Yenidən qruplaşdırmaq x = 0.500 × 7.106 / (2 + 7.106) = 0.390 M verir. Tarazlıqda [H₂] = [I₂] = 0.110 M və [HI] = 0.780 M. Yoxlama: (0.780)² / (0.110)² = 50.3; bu, qatılıqların yuvarlaqlaşdırılması daxilində 50.5 ilə uyğun gəlir.

Kvadrat kök qısa yolu yalnız ifadə tam kvadrat olduqda işləyir; bunun üçün burada iki reagentin ilkin miqdarları bərabər olmalıdır. Miqdarlar fərqli olduqda kvadrat tənliyi həll etməlisiniz.

Həll olunmuş nümunə: tam kvadrat tənliyin həlli

PCl₅(g) ⇌ PCl₃(g) + Cl₂(g) üçün OpenStax bölmə 13.4 Kc = 0.0211-dən istifadə edir. [PCl₅] = 0.400 M və [Cl₂] = 0.100 M ilə başlayın, PCl₃ isə yoxdur. Q sıfırdır, buna görə reaksiya düz istiqamətdə gedir. Tarazlıq qiymətləri 0.400 − x, x və 0.100 + x-dir.

Yerinə qoyun: 0.0211 = x(0.100 + x) / (0.400 − x). Vurub hədləri qruplaşdıraraq x² + 0.1211x − 0.00844 = 0 alın. Kvadrat tənliyin kök düsturu x = 0.0495 və ya x = −0.171 verir. Mənfi kök [PCl₃]-ü mənfi edərdi, buna görə onu atın. Tarazlıqda [PCl₅] = 0.351 M, [PCl₃] = 0.0495 M və [Cl₂] = 0.150 M. Geri yerinə qoymaq 0.0211 verir, deməli cavab doğrudur.

Diqqət edin ki, əvvəlcədən mövcud olan Cl₂ reaksiyanı ləngitdi. Yalnız 0.400 M PCl₅-dən başlasaq, eyni K x = 0.0819 M verir, deməli əlavə edilmiş məhsul Le Şatelye prinsipinin proqnozlaşdırdığı kimi parçalanma dərəcəsini azaltdı.

x kiçik olduqda: yaxınlaşma və 5 faiz yoxlaması

K kiçik, ilkin qatılıqlar isə kiçik olmadıqda reaksiya çətinliklə irəliləyir və 0.0400 − x demək olar ki, dəqiq 0.0400-a bərabərdir. Bu hədlərdən x-i atmaq kvadrat tənliyi bir addımlı hesablamaya çevirir. x çıxıldığı qatılığın 5 faizindən kiçik olduqda yaxınlaşma qəbul edilir.

Həll olunmuş nümunə. N₂(g) + O₂(g) ⇌ 2 NO(g) üçün OpenStax bölmə 13.4 2000 °C-də Kc = 4.1 × 10⁻⁴ verir. [N₂] = 0.0400 M və [O₂] = 0.0100 M ilə başlayın. Onda 4.1 × 10⁻⁴ = (2x)² / ((0.0400 − x)(0.0100 − x)). Yaxınlaşdırın: 4x² = 4.1 × 10⁻⁴ × 0.0400 × 0.0100, buna görə x = 2.0 × 10⁻⁴ M və [NO] = 2x = 4.0 × 10⁻⁴ M. Kiçik ilkin qiymətlə yoxlayın: 2.0 × 10⁻⁴ / 0.0100 = 2 faiz, yəni 5 faizdən az. Dəqiq kvadrat tənlik iki əhəmiyyətli rəqəmə qədər eyni [NO] verir.

K qatılıqlarla müqayisədə kiçik olmadıqda yaxınlaşma işləmir. Kc = 0.0211 ilə yalnız 0.400 M PCl₅ üçün x-in kiçik olduğunu fərz etmək x = 0.092 M verir; bu, 0.400-ın 23 faizidir. Dəqiq cavab 0.0819 M-dir, buna görə qısa yol təxminən 12 faiz artıq nəticə verərdi. Yoxlamanı həmişə aparın; heç vaxt fərz etməyin.

Parsial təzyiqlər və əks reaksiya

ICE cədvəli parsial təzyiqlər və Kp ilə də eyni qaydada işləyir. Qaz mollarının sayı dəyişməyən reaksiya üçün Kp Kc-yə bərabərdir. Bu, hər tərəfində iki mol qaz olan hidrogen yodid tarazlığı üçün doğrudur.

Həll olunmuş nümunə. Təmiz HI 2.00 atm-də qaba yerləşdirilir və parçalanmağa buraxılır: 2 HI(g) ⇌ H₂(g) + I₂(g). Bu, yuxarıdakı reaksiyanın əksidir, buna görə onun sabiti 1/50.5 = 0.0198-dir. Dəyişmələr HI üçün −2x, hər məhsul üçün isə +x-dir. Onda 0.0198 = x² / (2.00 − 2x)². Kvadrat kök alaraq 0.1407 = x / (2.00 − 2x) alınır, bu da x = 0.220 atm verir. Tarazlıqda P(H₂) = P(I₂) = 0.220 atm və P(HI) = 1.56 atm.

ICE cədvəli səhvləri və onların aşkar edilməsi

Son yoxlama demək olar ki, bütün səhvləri aşkar edir: tarazlıq qiymətlərini yenidən K ifadəsində yerinə qoyun və verilənlərin dəqiqliyi daxilində K-nı aldığınızı təsdiqləyin.

• Qab 1 L olmadıqda cədvələ mol miqdarlarını yazmaq. Əvvəlcə həcmə bölün.
• Dəyişmə sətrində hər əmsal üçün 1 götürmək, məsələn, SO₂ üçün −2x əvəzinə −x yazmaq.
• K ifadəsindəki həddi əmsalına uyğun olaraq kvadrata və ya kuba yüksəltməyi unutmaq.
• Başlanğıcda məhsullar mövcud olduqda reaksiyanın düz istiqamətdə getdiyini fərz etmək. Q-nu hesablayın.
• Hər hansı qatılığı mənfi və ya fiziki cəhətdən mümkün olandan böyük edən kökü saxlamaq.
• x-in ilkin qiymətin 5 faizindən az olduğunu yoxlamadan onu atmaq.
• Təmiz bərk maddəni və ya mayeni cədvələ və ya ifadəyə daxil etmək.
• Məsələ əks istiqamətdə yazıldıqda düz reaksiyanın K-sından istifadə etmək. Reaksiyanı tərsinə çevirmək K-nı da tərsinə çevirir.