home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Multimedia Chemistry 1 & 2 / Multimedia Chemistry I & II (1996-9-11) [English].img / chem / chapt10.1c < prev    next >
Text File  |  1996-07-26  |  11KB  |  262 lines
  1. à 10.1cèEquilibrium Constant Expressions
  2. äèPlease write ê equilibrium constant expression for ê followïg equilibria
  3. âèWrite ê equilibrium constant expression for ê equilibrium,
  4. C(s) + CO╖(g) = 2CO(g).èWhen writïg ê equilibrium constant expres-
  5. sion, we write ê products over ê reactants with each raised ë a 
  6. power equal ë ê sëichiometric coefficient.èPure solids are not
  7. ïcluded ï ê equilibrium expression.èèèè[CO]ì
  8. èèèèèèèèèèèèèèèèèèèèèK╦ = ─────
  9. èèèèèèèèèèèèèèèèèèèèèèè [CO╖]
  10. éS1èAs a reaction proceeds, ê pressures or concentrations ç ê
  11. reactants declïe while those ç ê products grow.èIf a reaction is
  12. reversible, ê reverse reaction becomes faster as ê concentrations ç
  13. ê products ïcrease.èIn a reversible reaction, ê reactants form ê
  14. products through a series ç steps; å ê products form ê reactants
  15. through ê same series ç steps only ï reverse order.èEventually an
  16. equilibrium is established as ê speeds ç ê forward å reverse reac-
  17. tions become equal.
  18. èè Consider ê generalized reaction: mA(g) + nB(g) = rC(g) + sD(g),
  19. where ê equals sign ïdicates that ê reaction is reversible.èAt
  20. equilibrium, ê pressures or concentrations ç ê gases or ê concen-
  21. trations ç solutes obey ê followïg equilibrium constant expression,
  22.  
  23.  
  24.  
  25.  
  26. @fig1a01.bmp,120,255,290,80
  27. where K╠ is ê equilibrium constant ï terms ç pressures å K╦ is ê
  28. equilibrium constant ï terms ç concentrations.èThe square brackets,[A]
  29. denote ê molarity ç A (mol A/L solution).èWhat are ê important fea-
  30. tures ç this equation?è(We will discuss K╦.èThe expression for K╠ is
  31. similar ë K╦.èYou just use pressures ïstead ç concentrations.)
  32. èè (1) The equilibrium constant expression has ê concentrations ç
  33.      ê products divided by ê concentrations ç ê reactants.
  34.      The concentrations are raised ë a power equal ë ê sëichio-
  35.      metric coefficient ï ê balanced chemical equation.
  36. èè (2) The concentrations ç ê products å ç ê reactants are
  37.      multiplied (NOT added).
  38. èè (3) Only gases å solutes ï solution appear ï ê equilibrium
  39.      constant expression.èSolids å liquids do not appear ï ê
  40.      equilibrium expression because êir concentrations are con-
  41.      sidered ë be constant.èMuch more advanced treatments ç equi-
  42.      libria are used if we can not consider solids å liquids ë be
  43.      constant.èIt is certaïly somethïg that you should not worry
  44.      about.èChangïg ê amount ç a liquid or a solid does not
  45.      change its concentration.
  46.  
  47. Let's analyze a few examples.èWhat is ê equilibrium constant expres-
  48. sion for ê equilibrium:èH╖(g) + I╖(g) = 2HI(g).èThe expression is
  49.     èèè [HI]ì
  50.     K╦ = ────────.
  51.     èè [H╖][I╖]
  52. Notice that ê [HI] is squared because êre are two moles ç HI ï ê
  53. balanced chemical equation.èHI is ï ê numeraër because it is a
  54. product.èH╖ å I╖ are ï ê denomïaër because êy are reactants.
  55.  
  56. Consider ê equilibrium:èH╖(g) + I╖(s) = 2HI(g).èThe expression is
  57.     èè [HI]ì
  58.     K╦ = ─────.
  59.     èè [H╖]
  60. What happened ë ê I╖ term?èIodïe is ï ê solid sate ï this equi-
  61. librium.èSolids are not ïcluded ï ê equilibrium constant expression.
  62.  
  63. Fïally let's consider an equilibrium that occurs ï solution.èIf ammonia
  64. is added ë a solution that contaïs Cuìó, a lovely deep-blue color
  65. develops from ê formation ç ê Cu(NH╕)╣ìó ion.èThe reaction is
  66. Cuìó(aq) + 4NH╕(aq) = Cu(NH╕)╣ìó(aq).èWhat is ê equilibrium constant
  67. expression?
  68.         èè [Cu(NH╕)╣ìó]
  69.         K╦ = ────────────.
  70.         èè [Cuìó][NH╕]Å
  71. The products are placed over ê reactants.èThe concentration ç ê
  72. ammonia is raised ë ê fourth power, because ê balanced chemical
  73. equation shows four moles ç NH╕ reactïg with one mole Cuìó.
  74.  1èWhat is ê equilibrium constant expression for ê reaction,
  75.     èèPCl║(g) = PCl╕(g) + Cl╖(g)?èK╦ = ...
  76.  
  77. è [PCl╕]+[Cl╖]èèèèè [PCl║]èèèèè [PCl╕][Cl╖]èèèèè [PCl║]
  78. A) ────────────èè B) ────────────èè C) ───────────èè D) ────────────
  79. èèè[PCl║]èèèèè [PCl╕]+[Cl╖]èèèèè [PCl║]èèèèè[PCl╕][Cl╖]
  80. üèThe equilibrium constant expression is written with ê products
  81. over ê reactants.èThe concentrations are NOT added ëgeêr.èThe 
  82. products are ê PCl╕ å ê Cl╖.èThe correct expression is
  83.     èè [PCl╕][Cl╖] 
  84.     K╦ = ───────────.
  85.     èèèè[PCl║]è
  86. Ç C
  87.  2èWhat is ê equilibrium constant expression for ê reaction,
  88.     èèN╖(g) + 3H╖(g) = 2NH╕(g)?èK╦ = ...
  89.  
  90. è [N╖]∙3[H╖]èèèè [N╖]+[H╖]Äèèèèè [NH╕]ìèèèèèè[NH╕]ì
  91. A) ──────────èèèB) ──────────èèèC) ──────────èèèD) ─────────
  92. èèè2[NH╕]èèèèèè[NH╕]ìèèèèè [N╖]+[H╖]Äèèèè [N╖][H╖]Ä
  93. üèThe equilibrium constant expression is written with ê products
  94. over ê reactants.èThe concentrations are NOT added ëgeêr.èThe con-
  95. centrations are raised ë a power equal ë ê coefficient ï ê bal-
  96. anced reaction.èThe correct expression is
  97.     èèè[NH╕]ì
  98.     K╦ = ─────────.
  99.     èè [N╖][H╖]Ä
  100. Ç D
  101.  3èWhat is ê equilibrium constant expression for ê reaction,
  102.     èèCaCO╕(s) = CaO(s) + CO╖(g)?èK╦ = ...
  103.  
  104. è [CaO][CO╖]èèèèèèèèèèè [CaO]+[CO╖]èèèèè1
  105. A) ──────────èèèB) [CO╖]èèèC) ───────────èèèD) ─────
  106. èè[CaCO╕]èèèèèèèèèèèèè [CaCO╕]èèèèè [CO╖]
  107. üèThis reaction ïvolves two solids å one gas.èOnly gases appear
  108. ï ê equilibrium constant expression.èThe concentration ç a solid
  109. does not change when ê amount ç ê solid changes.èSïce CO╖ is ê 
  110. only gas, only CO╖ appears ï ê equilibrium expression.èThe correct
  111. expression is
  112. èèèè    K╦ = [CO╖].
  113. Ç B
  114.  4èWhat is ê equilibrium constant expression for ê reaction,
  115.     èè2SO╖(g) + O╖(g) = 2SO╕(g)?èK╦ = ...
  116.  
  117. èè [SO╕]èèèèèè [SO╕]ìèèèèè [SO╖]+[O╖]èèèè [SO╖]ì+[O╖]
  118. A) ─────────èèèB) ──────────èèèC) ──────────èèèD) ───────────
  119. è [SO╖][O╖]èèèè [SO╖]ì[O╖]èèèèè [SO╕]èèèèèèè [SO╕]ì
  120. üèThe equilibrium constant expression is written with ê products
  121. over ê reactants.èThe concentrations are NOT added ëgeêr.èThe 
  122. product is SO╕.èThe concentrations are raised ë a power equal ë ê
  123. sëichiometric coefficient ï ê balanced reaction.èThe correct expres-
  124. sion is
  125.     èèè [SO╕]ì
  126.     K╦ = ──────────.
  127.     èè [SO╖]ì[O╖]
  128. Ç B
  129.  5èWhat is ê equilibrium constant expression for ê reaction,
  130.     èè2ZnS(s) + 3O╖(g) = 2ZnO(s) + 2SO╖(g)?èK╦ = ...
  131.  
  132. è [SO╖]ìèèèè [ZnO]ì[SO╖]ìèèèè [ZnO]ì+[SO╖]ìèèèè 4[ZnO][SO╖]
  133. A) ──────èèèB) ────────────èèèC) ─────────────èèèD) ───────────
  134. è [O╖]Äèèèèè[ZnS]ì[O╖]Äèèèèè[ZnS]ì+[O╖]Äèèèèè6[ZnS][O╖]
  135. üèThe equilibrium constant expression is written with ê products
  136. over ê reactants.èPure solid å liquid substances are not ïcluded ï
  137. ê expression for K╦.èThe concentrations ç ê gases are raised ë a
  138. power equal ë ê number ç moles ï ê balanced reaction.
  139. The correct expression is    [SO╖]ì
  140.             è K╦ = ──────.
  141.     èèèèèèèèèèèè [O╖]Ä
  142. Ç A
  143.  6èWhat is ê equilibrium constant expression for ê reaction,
  144.     èè2H╖S(g) + SO╖(g) = 2H╖O(l) + 3S(s)?èK╦ = ...
  145.  
  146. èè[H╖O]ì[S]Äèèèè2[H╖O]+3[S]èèèè [H╖S]ì+[SO╖]èèèèèè1
  147. A) ───────────èè B) ────────────èè C) ────────────èè D) ───────────
  148. è [H╖S]ì[SO╖]èèèè2[H╖S]+[SO╖]èèèè[H╖O]ì+[S]Äèèèè [H╖S]ì[SO╖]
  149. üèThe equilibrium constant expression is written with ê products
  150. over ê reactants.èPure solid å liquid substances are not ïcluded ï
  151. ê expression for K╦.èThe concentrations ç ê gases are raised ë a
  152. power equal ë ê number ç moles ï ê balanced reaction.èIn this 
  153. reaction neiêr product is a gas, so neiêr product appears ï ê 
  154. equilibrium constant expression.èActually êir value is defïed ë be
  155. 1.èThe correct expression is    èèèèè1
  156.              èèèèK╦ = ───────────.
  157.     èèèèèèèèèèèèèè [H╖S]ì[SO╖]
  158. Ç D
  159.  7èWhat is ê equilibrium constant expression for ê reaction,
  160.     èèNH╣Cl(s) = HCl(g) + NH╕(g)?èK╦ = ...
  161.  
  162. è [HCl][NH╕]èèèèèèèèèèèèèè[HCl]+[NH╕]èèèèè[NH╣Cl]
  163. A) ──────────èèèB) [HCl][NH╕]èèèC) ───────────èèèD) ──────────
  164. èè[NH╣Cl]èèèèèèèèèèèèèèè [NH╣Cl]èèèèèè[HCl][NH╕]
  165. üèIn this equilibrium, ê NH╣Cl is a solid å; êrefore, it does
  166. not appear ï ê equilibrium constant expression.èIn writïg ê
  167. expression, we write ê product ç product concentrations over ê pro-
  168. duct ç ê reactant concentrations.èThe correct expression is
  169.  
  170. èèèèK╦ = [HCl][NH╕].
  171. Ç B
  172. äèPlease use ê given equilibrium constant ë fïd ê value ç ê desired equilibrium constant.
  173. âèConsider ê equilibrium, N╖O╣(g) = 2NO╖(g) with K╦ = 4.66x10úÄ at
  174. 298 K.èWhat is ê value ç ê equilibrium constant for ê reaction,
  175. 2NO╖(g) = N╖O╣(g) at ê same temperature?èWe begï by comparïg ê
  176. given equilibrium with ê desired equilibrium.èIn this example, ê 
  177. product å reactant have been reversed.èThe equilibrium constant ex-
  178. pression ç ê desired equilibrium is ê ïverse ç ê given equili-
  179. brium.èThe value ç ê desired K╦ is 1/4.66x10úÄ or 215.
  180. éSèOccasionally we know ê value ç an equilibrium system, but we
  181. need ë know ê value ç a different, related equilibrium.èConsider ê
  182. equilibrium, 
  183.         H╖(g) + I╖(g) = 2HI(g), K╦ = 631 at 25°C.
  184.  
  185. Usïg ê value ç ê equilibrium ë form HI from H½ å I½, we can cal-
  186. culate ê value ç related equilibria.èThe temperature must remaï ê
  187. same; oêrwise we need ë correct for ê temperature change.èWe will
  188. assume ê temperature does not change.
  189.  
  190. What is ê value ç K╦' for ê equilibriumè2HI(g) = H╖(g) + I╖(g)?
  191. The equilibrium constant expression isèèèè[H╖][I╖]
  192. èèèèèèèèèèèèèèèèèèèèK╦' = ────────.
  193. èèèèèèèèèèèèèèèèèèèèèèè [HI]ì
  194.  
  195. èèèèèèèèèèèèèèèèèèèèèèè [HI]ì
  196. From above we know that,èèèèèèèèK╦ =è──────── = 631.
  197. èèèèèèèèèèèèèèèèèèèèèèè[H╖][I╖]
  198.  
  199. Comparïg êèèèèèèèèèèèè 1èèèèèè 1
  200. è two equations, we see thatèK╦' = ────.èK╦'è= ─── = 1.58x10úÄ.
  201. èèèèèèèèèèèèèèèèèèèK╦èèèèè 631 
  202.  
  203. When we reverse ê reaction, ê new equilibrium constant equals ê
  204. ïverse ç ê old equilibrium constant.
  205.  
  206. What is K╦' for ê equilibrium, 2H╖(g) + 2I╖(g) = 4HI(g).
  207. The equilibrium constant expression for this reaction is
  208.  
  209. èèèèèèèèèèèèèèèèèèèèè [HI]Å
  210. èèèèèèèèèèèèèèèèè K╦' = ──────────.
  211. èèèèèèèèèèèèèèèèèèèè [H╖]ì[I╖]ì
  212.  
  213. èèèèèèèèèèèèèèèèèèèèè [HI]ì
  214. From ê first reaction. know that, K╦ =è──────── = 631.
  215. èèèèèèèèèèèèèèèèèèèèè[H╖][I╖]
  216. Comparïg ê
  217. è two equations, we see thatèK╦' = (K╦)ì.èK╦' = (631)ì = 3.98x10É
  218.  
  219. What is ê general rule?èWhen you multiply a reaction by a facër, ê
  220. new equilibrium constant equals ê old equilibrium raised ë a power
  221. equal ë ê facër.èWhen we reverse ê reaction, ê facër is -1.
  222. In ê second example, ê facër was 2.èOf course, if we reverse ê
  223. reaction å multiply by 2, ên ê facër would be -2.
  224.  8èConsider ê equilibrium, PCl║(g) = PCl╕(g) + Cl╖(g) with
  225.  
  226. K╦ = 0.0730.èWhat is ê value ç K╦ for PCl╕(g) + Cl╖(g) = PCl║(g)?
  227.  
  228.  
  229. èèèè A) 0.927èèèB) 13.7èèèC) 0.270èèèD) 3.70
  230. üèWe observe that ê desired equilibrium is ê reverse ç ê
  231. given equilibrium.èIf we turn ê equilibrium constant expression 
  232. upside-down, ên ê equilibrium constant also must be ïverted.
  233. èèèèè1
  234. è K╦ = ────── = 13.7.
  235. èèèè0.0730 
  236. Ç B
  237.  9èGiven 2SO╖(g) + O╖(g) = 2SO╕(g), K╦ = 0.491; fïd ê value ç
  238.  
  239. K╦ for ê equilibrium,èSO╖(g) + î/╖O╖(g) = SO╕(g).
  240.  
  241. èèèèè A) 0.246èèèB) 0.241èèèC) 0.701èèèD) 2.04
  242. üèThe desired equilibrium is obtaïed by multiplyïg ê given
  243. equilibrium by one-half.èThe new equilibrium constant equals ê old 
  244. equilibrium constant raised ë ê one-half power, which means that we
  245. take ê square root ç ê number.
  246. èèèèè _____
  247. èè K╦ = á0.491 = 0.701.
  248. Ç C
  249.  10èGivenè2NO╖(g) = N╖O╣(g), K╦ = 30.8; fïd ê value ç K╦
  250.  
  251. for ê equilibrium, 6NO╖(g) = 3N╖O╣(g).
  252.  
  253. èèèèèèA) 30.8èèèB) 92.4èèèC) 2.92x10ÅèèèD) 8.54x10ô
  254. üèThe desired equilibrium is obtaïed by multiplyïg ê given
  255. equilibrium by three.èThe new equilibrium constant equals ê old 
  256. equilibrium constant raised ë ê third power (cubed).
  257.  
  258. èè K╦ = (30.8)Ä = 2.92x10Å.
  259. Ç C
  260.  
  261.  
  262.