Jadual ICE: Menyelesaikan Keseimbangan Langkah demi Langkah

Apa yang direkodkan oleh tiga baris jadual ICE

ICE ialah singkatan bagi Initial (awal), Change (perubahan) dan Equilibrium (keseimbangan). Tulis persamaan yang seimbang di bahagian atas dan berikan setiap spesies lajurnya sendiri. Baris awal memuatkan kepekatan (atau tekanan separa) sebelum tindak balas beralih. Baris perubahan memuatkan berapa banyak setiap satu naik atau turun. Baris keseimbangan ialah hasil tambah dua baris pertama.

Baris perubahan ialah tempat kimianya berlaku. Setiap entri ialah gandaan satu anu, x, dan gandaan itu ialah pekali persamaan yang seimbang. Bagi 2 SO₂(g) + O₂(g) ⇌ 2 SO₃(g) yang berlangsung ke depan, perubahannya ialah −2x, −x dan +2x. Bahan tindak balas berkurang dan hasil bertambah apabila tindak balas berlangsung ke depan; tandanya terbalik apabila tindak balas berlangsung secara songsang.

Gunakan kepekatan molar bagi Kc dan tekanan separa bagi Kp. Pepejal tulen dan cecair tulen tidak muncul dalam ungkapan keseimbangan, jadi tinggalkannya daripada jadual juga. Tukar sebarang mol kepada kepekatan dengan membahagikannya dengan isi padu bekas sebelum anda mengisi baris awal.

Memilih arah perubahan dengan Q

Sebelum anda menetapkan tanda, tentukan arah yang mesti diambil oleh tindak balas. Kira hasil bahagi tindak balas Q daripada nilai awal, menggunakan bentuk yang sama seperti ungkapan K. Jika Q kurang daripada K, hasil terlalu sedikit dan tindak balas berlangsung ke depan. Jika Q lebih besar daripada K, ia berlangsung secara songsang. Jika Q sama dengan K, campuran itu sudah berada dalam keseimbangan dan tiada apa yang berubah.

Apabila sesuatu hasil bermula pada sifar, Q ialah sifar dan tindak balas mesti berlangsung ke depan, jadi anda boleh melangkau pengiraan. Apabila setiap spesies hadir, kira Q. Contohnya, ambil tindak balas sulfur trioksida dengan Kc = 37.0 (yang dicari dalam bahagian seterusnya) dan campuran dengan [SO₂] = 0.100 M, [O₂] = 0.050 M dan [SO₃] = 0.500 M. Q = (0.500)² / ((0.100)² × 0.050) = 500. Q lebih besar daripada K, jadi SO₃ terurai sehingga nisbah itu jatuh kepada 37.0.

Contoh penyelesaian: K daripada satu kepekatan yang diukur

Kadangkala yang tidak diketahui ialah K itu sendiri. Andaikan sebuah bekas bermula dengan [SO₂] = 0.400 M dan [O₂] = 0.200 M dan tiada SO₃, dan pada keseimbangan [SO₃] diukur sebagai 0.250 M. Nilai-nilai ini dibina untuk panduan ini bagi menunjukkan kaedahnya; ia bukan data daripada literatur.

SO₃ berubah daripada 0 kepada 0.250 M, jadi 2x = 0.250 dan x = 0.125 M. Setiap perubahan lain terhasil daripada pekali: SO₂ berkurang sebanyak 2x = 0.250 M kepada 0.150 M, dan O₂ berkurang sebanyak x = 0.125 M kepada 0.075 M. Maka Kc = [SO₃]² / ([SO₂]²[O₂]) = (0.250)² / ((0.150)² × 0.075) = 37.0. Satu kepekatan yang diukur ditambah stoikiometri sudah memadai untuk menetapkan ketiga-tiganya.

Contoh penyelesaian: apabila persamaan ialah kuasa dua sempurna

Bagi H₂(g) + I₂(g) ⇌ 2 HI(g), gunakan Kc = 50.5, nilai yang digunakan oleh bahagian 13.4 OpenStax Chemistry 2e bagi tindak balas ini di bawah keadaan contohnya. Mulakan dengan [H₂] = [I₂] = 0.500 M dan tiada HI. Q ialah sifar, jadi tindak balas berlangsung ke depan. Jadual memberikan nilai keseimbangan 0.500 − x bagi setiap bahan tindak balas dan 2x bagi HI.

Ungkapannya ialah 50.5 = (2x)² / (0.500 − x)². Kedua-dua belah ialah kuasa dua sempurna, jadi ambil punca kuasa dua dan bukannya mengembangkannya: 7.106 = 2x / (0.500 − x). Menyusun semula memberikan x = 0.500 × 7.106 / (2 + 7.106) = 0.390 M. Pada keseimbangan [H₂] = [I₂] = 0.110 M dan [HI] = 0.780 M. Semak: (0.780)² / (0.110)² = 50.3, yang sepadan dengan 50.5 dalam lingkungan pembundaran kepekatan.

Jalan pintas punca kuasa dua hanya berfungsi apabila ungkapan itu kuasa dua sempurna, yang di sini memerlukan kuantiti permulaan yang sama bagi kedua-dua bahan tindak balas. Dengan kuantiti yang tidak sama, anda mesti menyelesaikan persamaan kuadratik.

Contoh penyelesaian: menyelesaikan persamaan kuadratik penuh

Bagi PCl₅(g) ⇌ PCl₃(g) + Cl₂(g), bahagian 13.4 OpenStax menggunakan Kc = 0.0211. Mulakan dengan [PCl₅] = 0.400 M dan [Cl₂] = 0.100 M tetapi tiada PCl₃. Q ialah sifar, jadi tindak balas berlangsung ke depan. Nilai keseimbangan ialah 0.400 − x, x dan 0.100 + x.

Gantikan: 0.0211 = x(0.100 + x) / (0.400 − x). Kembangkan dan kumpulkan sebutan untuk mendapatkan x² + 0.1211x − 0.00844 = 0. Formula kuadratik memberikan x = 0.0495 atau x = −0.171. Punca negatif akan menjadikan [PCl₃] negatif, jadi tolak punca itu. Pada keseimbangan [PCl₅] = 0.351 M, [PCl₃] = 0.0495 M dan [Cl₂] = 0.150 M. Menggantikan semula memberikan 0.0211, jadi jawapannya disahkan.

Perhatikan bahawa Cl₂ yang sudah hadir menahan tindak balas. Bermula daripada 0.400 M PCl₅ sahaja, K yang sama memberikan x = 0.0819 M, jadi hasil yang ditambah mengurangkan takat penguraian, seperti yang diramalkan oleh prinsip Le Chatelier.

Apabila x kecil: penghampiran dan semakan 5 peratus

Apabila K kecil dan kepekatan permulaan tidak kecil, tindak balas hampir tidak bergerak, dan 0.0400 − x hampir tepat 0.0400. Mengabaikan x daripada sebutan itu menukar persamaan kuadratik kepada pengiraan satu langkah. Penghampiran itu diterima apabila x kurang daripada 5 peratus daripada kepekatan yang ditolak dengannya.

Contoh penyelesaian. Bagi N₂(g) + O₂(g) ⇌ 2 NO(g), bahagian 13.4 OpenStax memberikan Kc = 4.1 × 10⁻⁴ pada 2000 °C. Mulakan dengan [N₂] = 0.0400 M dan [O₂] = 0.0100 M. Maka 4.1 × 10⁻⁴ = (2x)² / ((0.0400 − x)(0.0100 − x)). Anggarkan: 4x² = 4.1 × 10⁻⁴ × 0.0400 × 0.0100, jadi x = 2.0 × 10⁻⁴ M dan [NO] = 2x = 4.0 × 10⁻⁴ M. Semak berbanding nilai permulaan yang lebih kecil: 2.0 × 10⁻⁴ / 0.0100 = 2 peratus, di bawah 5 peratus. Persamaan kuadratik yang tepat memberikan [NO] yang sama kepada dua angka bererti.

Penghampiran itu gagal apabila K tidak kecil berbanding kepekatan. Bagi PCl₅ sahaja pada 0.400 M dengan Kc = 0.0211, mengandaikan x kecil memberikan x = 0.092 M, iaitu 23 peratus daripada 0.400. Jawapan tepatnya ialah 0.0819 M, jadi jalan pintas itu akan terlebih kira-kira 12 peratus. Sentiasa jalankan semakan; jangan sekali-kali mengandaikan.

Tekanan separa dan tindak balas songsang

Jadual ICE berfungsi dengan cara yang sama dengan tekanan separa dan Kp. Bagi tindak balas tanpa perubahan bilangan mol gas, Kp sama dengan Kc. Hal ini benar bagi keseimbangan hidrogen iodida, yang mempunyai dua mol gas pada setiap belah.

Contoh penyelesaian. HI tulen dimasukkan ke dalam bekas pada 2.00 atm dan dibiarkan terurai: 2 HI(g) ⇌ H₂(g) + I₂(g). Ini ialah songsangan tindak balas di atas, jadi pemalarnya ialah 1/50.5 = 0.0198. Perubahannya ialah −2x bagi HI dan +x bagi setiap hasil. Maka 0.0198 = x² / (2.00 − 2x)². Mengambil punca kuasa dua, 0.1407 = x / (2.00 − 2x), yang memberikan x = 0.220 atm. Pada keseimbangan P(H₂) = P(I₂) = 0.220 atm dan P(HI) = 1.56 atm.

Kesilapan jadual ICE dan cara mengesannya

Satu semakan akhir dapat menangkap hampir setiap kesilapan: gantikan nilai keseimbangan semula ke dalam ungkapan K dan sahkan anda memperoleh semula K mengikut kepersisan data.

• Memasukkan mol ke dalam jadual apabila bekas bukan 1 L. Bahagikan dengan isi padu terlebih dahulu.
• Menggunakan 1 bagi setiap pekali dalam baris perubahan, contohnya −x dan bukannya −2x bagi SO₂.
• Terlupa mengkuasaduakan atau mengkuasatigakan sesuatu sebutan dalam ungkapan K supaya sepadan dengan pekalinya.
• Mengandaikan tindak balas berlangsung ke depan apabila hasil hadir pada permulaan. Kira Q.
• Mengekalkan punca yang menjadikan mana-mana kepekatan negatif atau lebih besar daripada yang mungkin secara fizikal.
• Mengabaikan x tanpa menyemak bahawa ia di bawah 5 peratus daripada nilai permulaan.
• Memasukkan pepejal atau cecair tulen dalam jadual atau dalam ungkapan.
• Menggunakan K bagi tindak balas ke depan apabila masalah ditulis secara songsang. Membalikkan tindak balas menyongsangkan K.