Równowaga chemiczna: zadania z rozwiązaniami krok po kroku

Darmowe zadania z tematu Równowaga chemiczna z rysunkami, podpowiedziami i pełnymi rozwiązaniami. Za każdym razem nowe wartości, na trzech poziomach: Kc ze stężeń, Tabela ICE, tabela ICE z równaniem kwadratowym.

Darmowe zadanieŁatwy
N2​0,2mol/L+3H2​0,4mol/L⇌2NH3​0,3mol/LKc​ = ?

Dla reakcji N2 + 3H2 ⇌ 2NH3 stężenia równowagowe wynoszą [N2] = 0,2 mol/L, [H2] = 0,4 mol/L, [NH3] = 0,3 mol/L. Wyznacz stałą równowagi Kc.

[N2] = 0,2[H2] = 0,4[NH3] = 0,3
Następne zadanie →
Ćwicz za darmo: Równowaga chemicznaĆwicz teraz: Równowaga chemiczna5 darmowych zadań dziennie. Bez karty.

Co ćwiczysz

  1. ŁatwyKc ze stężeń
  2. ŚredniTabela ICE
  3. Trudnytabela ICE z równaniem kwadratowym

Jak rozwiązywać zadania: Równowaga chemiczna

  1. Zapisz Kc jako produkty przez substraty, każdy podniesiony do potęgi równej jego współczynnikowi.
  2. Ułóż tabelę ICE: stan początkowy (I), zmiana (C, w krokach x razy współczynniki), stan równowagi (E).
  3. Podstaw wyrażenia równowagowe do Kc i rozwiąż względem x.
  4. Sprawdź, czy x jest dość małe, aby zastosować przybliżenie; w przeciwnym razie rozwiąż równanie kwadratowe.

Typowe błędy

  • Zapominanie o wykładnikach w Kc.
  • Użycie stężeń początkowych zamiast równowagowych.
  • Stosowanie przybliżenia małego x, gdy x nie jest małe.

Najważniejsze wzory

Stała równowagi
Kc = [C]c[D]d/([A]a[B]b)
Tabela ICE
Początek, Zmiana (×współczynnik), Równowaga
Równanie kwadratowe
x = (−b + √(b² − 4ac))/(2a)

Naucz się tematu Równowaga chemiczna od zera

Wcześniej: Stężenie molowe i rozcieńczanie

1Czym jest równowaga chemiczna

Wiele reakcji nie przebiega do końca. Gdy tylko powstanie trochę produktu, zaczyna on reagować z powrotem do substratów. Pokazuje to podwójna strzałka ⇌.

H₂ + I₂ ⇌ 2HI

Na początku reakcja w prawo jest szybka, bo jest dużo H₂ i I₂. W miarę ich zużywania zwalnia, a reakcja odwrotna przyspiesza.

Po pewnym czasie obie reakcje przebiegają z tą samą szybkością. Stężenia przestają się wtedy zmieniać. Ten stan nazywa się równowagą.

tc[H₂] = [I₂][HI]0,50,25

Reakcje nie ustały. Cząsteczki nadal reagują w obie strony, ale każda powstająca cząsteczka HI jest równoważona przez jedną, która się rozpada. Pomyśl o schodach ruchomych, po których ludzie idą w górę i w dół w tym samym tempie: liczba osób na każdym piętrze pozostaje taka sama.

Samosprawdzenie Co jest prawdą w stanie równowagi chemicznej?
  1. Obie reakcje ustały
  2. Reakcje w prawo i w lewo przebiegają z tą samą szybkością
  3. Stężenia substratów i produktów są równe
  4. Wszystkie substraty zamieniły się w produkty

Odpowiedź: Reakcje w prawo i w lewo przebiegają z tą samą szybkością. W stanie równowagi obie szybkości są równe, więc stężenia pozostają stałe. Nie muszą być sobie równe, a reakcje nadal przebiegają.

2Stała równowagi Kc

W stanie równowagi stężenia zawsze spełniają jeden stały stosunek, czyli stałą równowagi. Dla reakcji aA + bB ⇌ cC + dD:

Kc = [C]c · [D]d / ([A]a · [B]b)

Nawiasy kwadratowe oznaczają stężenie w mol/L w stanie równowagi. Produkty są w liczniku, substraty w mianowniku, a każde stężenie jest podniesione do potęgi równej jego współczynnikowi.

Dla H₂ + I₂ ⇌ 2HI daje to Kc = [HI]² / ([H₂] · [I₂]).

  • Duże Kc (znacznie więcej niż 1): w stanie równowagi przeważają produkty.
  • Małe Kc (znacznie mniej niż 1): przeważają substraty.
  • Kc zmienia się tylko z temperaturą, a nie z ilościami początkowymi.

Reguła przekory Le Chateliera: jeśli zaburzysz stan równowagi, układ przesuwa się tak, aby częściowo znieść to zaburzenie. Dodanie substratu przesuwa równowagę ku produktom; usunięcie produktu robi to samo.

Samosprawdzenie Dla N₂O₄ ⇌ 2NO₂ w stanie równowagi [N₂O₄] = 0,08 mol/L i [NO₂] = 0,2 mol/L. Ile wynosi Kc?
  1. 0,4
  2. 0,5
  3. 2,5
  4. 2

Odpowiedź: 0,5. Kc = [NO₂]² / [N₂O₄] = 0,04 / 0,08 = 0,5. Pominięcie kwadratu daje 0,2 / 0,08 = 2,5, a odwrócenie ułamka daje 2.

3Tabela ICE

Często znasz tylko stężenia początkowe i Kc. Tabela ICE pozwala śledzić, jak wszystko się zmienia:

  • I (initial): stężenia na początku.
  • C (change): każda substancja zmienia się o x razy swój współczynnik. Substraty maleją (−), produkty rosną (+).
  • E (equilibrium): wartość początkowa plus zmiana.

Dla H₂ + I₂ ⇌ 2HI, przy stężeniach początkowych 0,5 mol/L H₂ i I₂:

  • H₂: 0,5 − x
  • I₂: 0,5 − x
  • HI: 0 + 2x

Następnie wstaw wiersz równowagowy do wyrażenia na Kc i rozwiąż względem x.

Gdy obie strony są pełnymi kwadratami, jak tutaj, wyciągnij pierwiastek z obu stron. W przeciwnym razie otrzymasz równanie kwadratowe ax² + bx + c = 0 i zachowasz ten pierwiastek, który daje dodatnie stężenia:

x = (−b + √(b² − 4ac)) / (2a)
Samosprawdzenie Zaczynasz od samego N₂O₄ o stężeniu 1,0 mol/L i x mol/L z niego ulega reakcji: N₂O₄ ⇌ 2NO₂. Ile wynosi [NO₂] w stanie równowagi?
  1. 1,0 − 2x
  2. 2x
  3. x
  4. x²

Odpowiedź: 2x. Każda przereagowana cząsteczka N₂O₄ daje dwie cząsteczki NO₂, więc zmiana dla NO₂ wynosi +2x, od zera. Zapisanie x pomija współczynnik; kwadrat pojawia się dopiero później, wewnątrz Kc.

4Metoda krok po kroku

  1. Zapisz zrównoważone równanie i wyrażenie na Kc: produkty przez substraty, każde do potęgi równej współczynnikowi.
  2. Jeśli podane są stężenia równowagowe, wstaw je i oblicz Kc. Na tym koniec.
  3. W przeciwnym razie ułóż tabelę ICE z jedną niewiadomą x, mnożoną przez współczynniki.
  4. Wstaw wyrażenia równowagowe do Kc.
  5. Rozwiąż względem x: z pierwiastkiem, jeśli obie strony są kwadratami, w przeciwnym razie ze wzoru na równanie kwadratowe.
  6. Znajdź stężenie, o które pytają, i sprawdź, czy każde stężenie jest dodatnie i daje z powrotem Kc.

5Przykład krok po kroku

Przejdź przez każdy krok. Spróbuj przewidzieć następny, zanim go odsłonisz.

Przykład krok po kroku

0,5 mol/L H₂ i 0,5 mol/L I₂ wprowadzono do naczynia i reagują: H₂ + I₂ ⇌ 2HI, przy Kc = 4. Wyznacz stężenia równowagowe [HI] i [H₂].

1

Zapisz Kc

Kc = [HI]² / ([H₂] · [I₂]) = 4
2

Ułóż tabelę ICE

Początkowo: H₂ 0,5, I₂ 0,5, HI 0. Zmiana: −x, −x, +2x.

Równowaga: [H₂] = [I₂] = 0,5 − x i [HI] = 2x.

3

Wstaw do Kc

4 = (2x)² / (0,5 − x)²

Zarówno licznik, jak i mianownik są kwadratami.

4

Wyciągnij pierwiastek

2 = 2x / (0,5 − x)
1 − 2x = 2x ⇒ x = 0,25 mol/L
5

Wyznacz stężenia

[HI] = 2x = 0,50 mol/L i [H₂] = [I₂] = 0,5 − 0,25 = 0,25 mol/L.

6

Sprawdź wynik

0,50² / (0,25 · 0,25) = 0,25 / 0,0625 = 4

Daje to z powrotem Kc = 4, a wszystkie stężenia są dodatnie.

Odpowiedź

[HI] = 0,50 mol/L i [H₂] = [I₂] = 0,25 mol/L

6Typowe błędy

  • Zapomnienie o wykładnikach. Współczynnik 2 oznacza, że stężenie jest podniesione do kwadratu.
  • Wstawienie substratów do licznika. Kc to zawsze produkty przez substraty.
  • Użycie w Kc stężeń początkowych zamiast równowagowych.
  • Zapomnienie o pomnożeniu x przez współczynnik w wierszu zmian: 2HI zmienia się o 2x, a nie o x.
  • Stosowanie przybliżenia „x jest małe”, gdy tak nie jest. Jeśli x przekracza około 5% wartości początkowej, rozwiąż równanie kwadratowe.
  • Zachowanie ujemnego pierwiastka równania kwadratowego, który daje ujemne stężenie.
Samosprawdzenie Dla H₂ + I₂ ⇌ 2HI stężenia równowagowe wynoszą [H₂] = 0,1, [I₂] = 0,1 i [HI] = 0,4 mol/L. Ile wynosi Kc?
  1. 0,0625
  2. 16
  3. 40
  4. 80

Odpowiedź: 16. Kc = 0,4² / (0,1 · 0,1) = 0,16 / 0,01 = 16. Bez kwadratu otrzymasz 40, a umieszczenie produktów pod kreską ułamkową daje 0,0625.

7Jak wyglądają zadania egzaminacyjne

  • Łatwe: Kc ze stężeń. Podane są wszystkie stężenia równowagowe; zapisz Kc i oblicz je.
  • Średnie: tabela ICE. H₂ + I₂ ⇌ 2HI z równych ilości początkowych; wyciągnij pierwiastek, aby znaleźć x, a potem stężenie.
  • Trudne: tabela ICE z równaniem kwadratowym. Substancja, taka jak PCl₅ ⇌ PCl₃ + Cl₂, rozkłada się od znanego stanu początkowego; rozwiąż x² + Kc·x − Kc·c₀ = 0.

Przykład trudnego pytania: 0,5 mol/L PCl₅ przy Kc = 0,2 daje x² + 0,2x − 0,1 = 0, więc x = 0,232 mol/L Cl₂ i [PCl₅] = 0,268 mol/L.

Ucz się krok po kroku w aplikacjiUcz się krok po kroku w aplikacji

Przykłady z rozwiązaniami

Przykład 1Łatwy
N2​O4​0,08mol/L⇌2NO2​0,05mol/LKc​ = ?

Dla reakcji N2O4 ⇌ 2NO2 stężenia równowagowe wynoszą [N2O4] = 0,08 mol/L, [NO2] = 0,05 mol/L. Wyznacz stałą równowagi Kc.

[N2O4] = 0,08[NO2] = 0,05

Oblicz Kc

Pokaż podpowiedzi
  1. Produkty w liczniku, substraty w mianowniku.
  2. Każde stężenie podnosi się do potęgi równej jego współczynnikowi.
  3. K = [NO2]2/([N2O4]).
Pokaż odpowiedź i rozwiązanie krok po kroku

Równowaga chemiczna: dla aA + bB ⇌ cC + dD stała równowagi wynosi Kc = [C]c[D]d/([A]a[B]b), przy stężeniach w stanie równowagi. Tabela ICE (początek, zmiana, równowaga) wiąże ilości początkowe z ilościami w stanie równowagi przez jedną niewiadomą x, pomnożoną przez współczynniki.

Wyrażenie na Kc

Kc = [NO2]2/([N2O4])

Podstaw

Kc = 0,052/(0,08) = 0,03125

Odpowiedź

Kc = 0,03125
Przykład 2Średni
H2​I2​HII0,20,20C−x−x+2xE0,2 − x0,2 − x2x

Do naczynia wprowadzono 0,2 mol/L H₂ i 0,2 mol/L I₂, które reagują: H₂ + I₂ ⇌ 2HI, przy Kc = 4. Wyznacz stężenie równowagowe [HI].

[H₂]₀ = [I₂]₀ = 0,2 mol/LKc = 4

Oblicz [HI] (mol/L)

Pokaż podpowiedzi
  1. Ułóż tabelę ICE, w której reaguje x mol/L H₂.
  2. Kc = (2x)²/((c₀ − x)²). Obie strony są kwadratami, więc wyciągnij pierwiastek.
  3. √K = 2 = 2x/(0,2 − x).
Pokaż odpowiedź i rozwiązanie krok po kroku

Równowaga chemiczna: dla aA + bB ⇌ cC + dD stała równowagi wynosi Kc = [C]c[D]d/([A]a[B]b), przy stężeniach w stanie równowagi. Tabela ICE (początek, zmiana, równowaga) wiąże ilości początkowe z ilościami w stanie równowagi przez jedną niewiadomą x, pomnożoną przez współczynniki.

Wyrażenie na stałą równowagi

4 = (2x)²/(0,2 − x)²

Wyciągnij pierwiastek

2 = 2x/(0,2 − x) → x = 0,2·2/(2 + 2) = 0,1 mol/L

Stężenie równowagowe

[HI] = 2x = 0,2 mol/L

Odpowiedź

[HI] = 0,2 mol/L
Przykład 3Trudny
PCl5​PCl3​Cl2​I0,2500C−x+x+xE0,25 − xxx

PCl₅ rozkłada się: PCl₅ ⇌ PCl₃ + Cl₂, przy Kc = 0,04 w temperaturze reakcji. Na początku w naczyniu jest tylko PCl₅ o stężeniu 0,25 mol/L. Wyznacz stężenie równowagowe [Cl2].

[PCl₅]₀ = 0,25 mol/LKc = 0,04

Oblicz [Cl2] (mol/L)

Pokaż podpowiedzi
  1. Tabela ICE: PCl₅ maleje o x, a PCl₃ i Cl₂ rosną każdy o x.
  2. K = x²/(c₀ − x), co po przekształceniu daje x² + K·x − K·c₀ = 0.
  3. Użyj wzoru na pierwiastki równania kwadratowego i weź dodatni pierwiastek.
Pokaż odpowiedź i rozwiązanie krok po kroku

Równowaga chemiczna: dla aA + bB ⇌ cC + dD stała równowagi wynosi Kc = [C]c[D]d/([A]a[B]b), przy stężeniach w stanie równowagi. Tabela ICE (początek, zmiana, równowaga) wiąże ilości początkowe z ilościami w stanie równowagi przez jedną niewiadomą x, pomnożoną przez współczynniki.

Wyrażenie na stałą równowagi

0,04 = x²/(0,25 − x) → x² + 0,04·x − 0,01 = 0

Rozwiąż równanie kwadratowe

x = (−0,04 + √(0,04² + 4·0,01))/2 = 0,08198 mol/L

Stężenie równowagowe

[Cl₂] = x = 0,08198 mol/L

Odpowiedź

[Cl2] = 0,08198 mol/L

Pytania i odpowiedzi

Równowaga chemiczna: co to jest?

Wiele reakcji nie przebiega do końca. Gdy tylko powstanie trochę produktu, zaczyna on reagować z powrotem do substratów. Pokazuje to podwójna strzałka ⇌.

Na początku reakcja w prawo jest szybka, bo jest dużo H₂ i I₂. W miarę ich zużywania zwalnia, a reakcja odwrotna przyspiesza.

Równowaga chemiczna: jak rozwiązywać zadania krok po kroku?
  1. Zapisz Kc jako produkty przez substraty, każdy podniesiony do potęgi równej jego współczynnikowi.
  2. Ułóż tabelę ICE: stan początkowy (I), zmiana (C, w krokach x razy współczynniki), stan równowagi (E).
  3. Podstaw wyrażenia równowagowe do Kc i rozwiąż względem x.
  4. Sprawdź, czy x jest dość małe, aby zastosować przybliżenie; w przeciwnym razie rozwiąż równanie kwadratowe.
Równowaga chemiczna: jakie błędy są najczęstsze?
  • Zapominanie o wykładnikach w Kc.
  • Użycie stężeń początkowych zamiast równowagowych.
  • Stosowanie przybliżenia małego x, gdy x nie jest małe.
Równowaga chemiczna: co ćwiczysz?
  • Łatwy: Kc ze stężeń
  • Średni: Tabela ICE
  • Trudny: tabela ICE z równaniem kwadratowym

Każde zadanie ma nowe wartości, więc uczysz się metody, a nie odpowiedzi. Utknąłeś? Najpierw otwórz małą podpowiedź, a pełne wyjaśnienie dopiero wtedy, gdy go potrzebujesz.

Jak wygląda ćwiczenie

  • Każde zadanie ma nowe wartości, więc uczysz się metody, a nie odpowiedzi.
  • Utknąłeś? Najpierw otwórz małą podpowiedź, a pełne wyjaśnienie dopiero wtedy, gdy go potrzebujesz.
  • Twoje postępy, błędy i zapisane zadania są zachowywane, więc możesz je powtórzyć przed egzaminem.

Tematy przed tym i po nim

Najpierw naucz się

Stężenie molowe i rozcieńczanie

Potem przejdź do

pH i bufory

Przedmioty z tym tematem

Chemia ogólnaInżynieria reaktorów chemicznychPrzygotowanie do egzaminu FE Chemical

Więcej tematów: Nauki przyrodnicze

StechiometriaStężenie molowe i rozcieńczanieKalorymetria i entalpiapH i buforyGenetykaBiologia komórki

Karta pracy do druku

Równowaga chemiczna: karta pracy z odpowiedziami
Ćwicz za darmo: Równowaga chemicznaĆwicz teraz: Równowaga chemiczna5 darmowych zadań dziennie. Bez karty.