Подставив в математическое выражение константы значения равновесных концентраций веществ, определим

Математическое выражение константы равновесия в условия Р, Т =const

,

где Р - равновесные парциальные давления реагентов, указанных в нижнем индексе.

Для реакции аА + bB +…= dD + qQ+… связь К_р и К_с устанавливается с использованием закона Клайперона-Менделеева: К_р = К_с (RT)^{D n}, где D n - разность сумм стехиометрических коэффициентов продуктов реакции и исходных веществ, находящихся в газообразном состоянии, т.е. D n =(d + q +…) – (a + b +…).

В нашем случае D n =2 – (1+3) =-2 и, следовательно, К_р = К_с (RT)^-2, т.е. К_р и К_с численно не совпадают.

Пример 2. Реакция протекает по уравнению H_2(г) + I_2(г) = 2HI_(г). Определить исходные концентрации водорода и иода, если равновесные концентрации (моль/л): [H₂] = 1; [I₂]= 2; [HI] = 10. Установить взаимосвязь К_р и К_с.

Решение: Исходная концентрация каждого вещества равна сумме количества прореагировавшего вещества и его равновесной концентрации:

С _исх = С _равн + С _{прореаг}.

Количества прореагировавших водорода и иода определяем из уравнения реакции,

согласно которому для образования 2 моль необходимо израсходовать по 1 моль водорода и иода. Следовательно, для образования 10 моль HI к моменту равновесия прореагировало по 5 моль H₂ и I₂. Т.о.,

С _исх (H₂) = 5+1 = 6 моль/л;

С _исх (I₂) = 5+2 = 7моль/л.

Взаимосвязь К_р и К_с устанавливается согласно уравнению К_р = К_с (RT)^{D n}, D n =2 – (1+1) =0 и, следовательно, К_р = К_с (RT)⁰= К_с.

Пример 3. Рассчитать константу равновесия реакции

С_{(графит)} +СО_2(г) = 2СО_(г), если исходная концентрация СО₂ равна 2,4 моль/л, а к моменту равновесия его прореагировало 60%. В сторону расходования или в сторону образования СО сдвигается равновесие при уменьшении давления?

Решение:

Данная реакция является гетерогенным процессом, и с учетом того, что концентрация твердой фазы С_{(графит)} -это постоянная величина (условно принимается за 1), математическое выражение константы равновесия записывается в виде:

В процессе реакции изменяется концентрация только СО₂. По условию задачи к моменту равновесия прореагировало 60% исходного количества углекислого газа:

моль/л,

следовательно, равновесная концентрация СО₂:

С _равн = С _исх – С _{прореаг}, т.е.

= 2,4 – 1,44 = 0,96 моль/л.

Сравнивая стехиометрические коэффициенты реакции, видим, что СО образуется в 2 раза больше, чем расходуется СО₂, т.е. 2´1,44 = 2,88моль/л.