Majedwali ya ICE: Kutatua Usawa Hatua kwa Hatua

Safu tatu za jedwali la ICE hurekodi nini

ICE inasimama badala ya maneno ya Kiingereza Initial (mwanzo), Change (badiliko) na Equilibrium (usawa). Andika mlinganyo uliosawazishwa juu na upe kila spishi safu wima yake. Safu ya Initial ina mikusanyiko (au shinikizo sehemu) kabla athari haijahama. Safu ya Change ina kiasi ambacho kila moja hupanda au hushuka. Safu ya Equilibrium ni jumla ya hizo mbili za kwanza.

Safu ya Change ndipo kemia ilipo. Kila ingizo ni kizidisho cha kisichojulikana kimoja, x, na vizidisho ni vigawo vya mlinganyo uliosawazishwa. Kwa 2 SO₂(g) + O₂(g) ⇌ 2 SO₃(g) ikienda mbele, mabadiliko ni −2x, −x na +2x. Viitikio hupoteza na bidhaa hupata athari inapoenda mbele; ishara hugeuka inapoenda kinyume.

Tumia mikusanyiko ya molari kwa Kc na shinikizo sehemu kwa Kp. Vigumu safi na vimiminika safi havionekani katika usemi wa usawa, kwa hivyo viache nje ya jedwali pia. Badilisha mole zozote kuwa mikusanyiko kwa kugawanya kwa ujazo wa chombo kabla ya kujaza safu ya Initial.

Kuchagua mwelekeo wa badiliko kwa Q

Kabla ya kuweka ishara, amua athari lazima iende upande gani. Kokotoa uwiano wa athari Q kutoka kwa thamani za mwanzo, ukitumia umbo lile lile kama usemi wa K. Kama Q ni ndogo kuliko K, kuna bidhaa chache mno na athari huenda mbele. Kama Q ni kubwa kuliko K, huenda kinyume. Kama Q ni sawa na K, mchanganyiko tayari uko katika usawa na hakuna kinachobadilika.

Bidhaa inapoanza ikiwa sifuri, Q ni sifuri na athari lazima iende mbele, kwa hivyo unaweza kuruka hesabu. Kila spishi inapokuwepo, kokotoa Q. Kwa mfano, chukua athari ya trioksidi ya salfa yenye Kc = 37.0 (inayopatikana katika sehemu inayofuata) na mchanganyiko wenye [SO₂] = 0.100 M, [O₂] = 0.050 M na [SO₃] = 0.500 M. Q = (0.500)² / ((0.100)² × 0.050) = 500. Q ni kubwa kuliko K, kwa hivyo SO₃ hutengana hadi uwiano ushuke hadi 37.0.

Mfano uliotatuliwa: K kutoka kwa mkusanyiko mmoja uliopimwa

Wakati mwingine kisichojulikana ni K yenyewe. Tuseme chombo kinaanza na [SO₂] = 0.400 M na [O₂] = 0.200 M bila SO₃, na katika usawa [SO₃] inapimwa kuwa 0.250 M. Thamani hizi ziliundwa kwa mwongozo huu kuonyesha mbinu; si data ya machapisho.

SO₃ ilitoka 0 hadi 0.250 M, kwa hivyo 2x = 0.250 na x = 0.125 M. Kila badiliko jingine hufuata kutoka kwa vigawo: SO₂ hushuka kwa 2x = 0.250 M hadi 0.150 M, na O₂ hushuka kwa x = 0.125 M hadi 0.075 M. Kisha Kc = [SO₃]² / ([SO₂]²[O₂]) = (0.250)² / ((0.150)² × 0.075) = 37.0. Mkusanyiko mmoja uliopimwa pamoja na stoikiometri ulitosha kuamua yote matatu.

Mfano uliotatuliwa: mlinganyo unapokuwa mraba kamili

Kwa H₂(g) + I₂(g) ⇌ 2 HI(g), tumia Kc = 50.5, thamani ambayo OpenStax Chemistry 2e sehemu 13.4 inatumia kwa athari hii chini ya hali za mfano wake. Anza na [H₂] = [I₂] = 0.500 M bila HI. Q ni sifuri, kwa hivyo athari huenda mbele. Jedwali linatoa thamani za usawa za 0.500 − x kwa kila kiitikio na 2x kwa HI.

Usemi ni 50.5 = (2x)² / (0.500 − x)². Pande zote mbili ni miraba kamili, kwa hivyo chukua kipeuo cha pili badala ya kupanua: 7.106 = 2x / (0.500 − x). Kupanga upya kunatoa x = 0.500 × 7.106 / (2 + 7.106) = 0.390 M. Katika usawa [H₂] = [I₂] = 0.110 M na [HI] = 0.780 M. Ukaguzi: (0.780)² / (0.110)² = 50.3, inayolingana na 50.5 ndani ya mzunguko wa mikusanyiko.

Njia ya mkato ya kipeuo cha pili hufanya kazi tu usemi unapokuwa mraba kamili, jambo linalohitaji viasi sawa vya mwanzo vya viitikio viwili hapa. Kwa viasi visivyo sawa lazima utatue mlinganyo wa kipeo cha pili.

Mfano uliotatuliwa: kutatua mlinganyo kamili wa kipeo cha pili

Kwa PCl₅(g) ⇌ PCl₃(g) + Cl₂(g), OpenStax sehemu 13.4 inatumia Kc = 0.0211. Anza na [PCl₅] = 0.400 M na [Cl₂] = 0.100 M lakini bila PCl₃. Q ni sifuri, kwa hivyo athari huenda mbele. Thamani za usawa ni 0.400 − x, x na 0.100 + x.

Weka thamani: 0.0211 = x(0.100 + x) / (0.400 − x). Zidisha na ukusanye vipengele kupata x² + 0.1211x − 0.00844 = 0. Fomula ya kipeo cha pili inatoa x = 0.0495 au x = −0.171. Mzizi hasi ungefanya [PCl₃] kuwa hasi, kwa hivyo ukatae. Katika usawa [PCl₅] = 0.351 M, [PCl₃] = 0.0495 M na [Cl₂] = 0.150 M. Kuweka thamani hizi tena kunatoa 0.0211, kwa hivyo jibu ni sahihi.

Angalia kwamba Cl₂ iliyokuwepo tayari ilizuia athari. Ukianza na PCl₅ ya 0.400 M pekee, K ile ile inatoa x = 0.0819 M, kwa hivyo bidhaa iliyoongezwa ilipunguza kiwango cha mtengano, kama kanuni ya Le Chatelier inavyotabiri.

Wakati x ni ndogo: makadirio na ukaguzi wa asilimia 5

Wakati K ni ndogo na mikusanyiko ya mwanzo si midogo, athari karibu haisogei, na 0.0400 − x ni karibu sawa kabisa na 0.0400. Kuondoa x kutoka kwa vipengele hivyo hugeuza mlinganyo wa kipeo cha pili kuwa hesabu ya hatua moja. Makadirio hukubaliwa wakati x ni chini ya asilimia 5 ya mkusanyiko ambao ilitolewa kutoka kwake.

Mfano uliotatuliwa. Kwa N₂(g) + O₂(g) ⇌ 2 NO(g), OpenStax sehemu 13.4 inatoa Kc = 4.1 × 10⁻⁴ katika 2000 °C. Anza na [N₂] = 0.0400 M na [O₂] = 0.0100 M. Kisha 4.1 × 10⁻⁴ = (2x)² / ((0.0400 − x)(0.0100 − x)). Kadiria: 4x² = 4.1 × 10⁻⁴ × 0.0400 × 0.0100, kwa hivyo x = 2.0 × 10⁻⁴ M na [NO] = 2x = 4.0 × 10⁻⁴ M. Kagua dhidi ya thamani ndogo zaidi ya mwanzo: 2.0 × 10⁻⁴ / 0.0100 = asilimia 2, chini ya asilimia 5. Mlinganyo kamili wa kipeo cha pili unatoa [NO] ile ile kwa tarakimu mbili muhimu.

Makadirio hushindwa wakati K si ndogo ikilinganishwa na mikusanyiko. Kwa PCl₅ pekee katika 0.400 M yenye Kc = 0.0211, kudhani x ni ndogo kunatoa x = 0.092 M, ambayo ni asilimia 23 ya 0.400. Jibu kamili ni 0.0819 M, kwa hivyo njia ya mkato ingekuwa juu kupita kiasi kwa takriban asilimia 12. Daima fanya ukaguzi; usidhani kamwe.

Shinikizo sehemu na athari ya kinyume

Jedwali la ICE hufanya kazi kwa njia ile ile na shinikizo sehemu na Kp. Kwa athari isiyo na badiliko katika idadi ya mole za gesi, Kp ni sawa na Kc. Hilo ni kweli kwa usawa wa iodidi ya hidrojeni, ulio na mole mbili za gesi kila upande.

Mfano uliotatuliwa. HI safi inawekwa katika chombo katika 2.00 atm na kuachwa itengane: 2 HI(g) ⇌ H₂(g) + I₂(g). Huu ni kinyume cha athari iliyo hapo juu, kwa hivyo konstanti yake ni 1/50.5 = 0.0198. Mabadiliko ni −2x kwa HI na +x kwa kila bidhaa. Kisha 0.0198 = x² / (2.00 − 2x)². Ukichukua kipeuo cha pili, 0.1407 = x / (2.00 − 2x), jambo linalotoa x = 0.220 atm. Katika usawa P(H₂) = P(I₂) = 0.220 atm na P(HI) = 1.56 atm.

Kuteleza katika majedwali ya ICE na jinsi ya kugundua

Ukaguzi wa mwisho hugundua karibu kila kosa: weka thamani za usawa tena katika usemi wa K na uthibitishe kwamba unapata K kwa usahihi wa data.

• Kuweka mole katika jedwali wakati chombo si 1 L. Gawanya kwa ujazo kwanza.
• Kutumia 1 kwa kila kigawo katika safu ya Change, kwa mfano −x badala ya −2x kwa SO₂.
• Kusahau kuinua kipengele kwa kipeo cha pili au cha tatu katika usemi wa K ili kilingane na kigawo chake.
• Kudhani athari huenda mbele wakati bidhaa zipo mwanzoni. Kokotoa Q.
• Kubakiza mzizi unaofanya mkusanyiko wowote kuwa hasi au mkubwa kuliko inavyowezekana kimwili.
• Kuondoa x bila kukagua kwamba iko chini ya asilimia 5 ya thamani ya mwanzo.
• Kujumuisha kigumu safi au kimiminika safi katika jedwali au katika usemi.
• Kutumia K ya athari ya mbele wakati tatizo limeandikwa kinyume. Kugeuza athari hugeuza K kuwa kigeuzo chake.