Week 11 · Chapter 3 (B): surface area and concentration, the law of mass action, the equilibrium constant Kc and what its size means (short, calculation-light text: two and a half book pages, add worked examples and prediction tasks) · 3 lessons
3
ماذا يخبرنا Kc: حجمه واستبعاد المواد الصلبة والماء
Chemistry Sec 3 Term 1, Chapter 3: pp. 59–61
الهدفاقرأ مغزى حجم Kc، واستبعد المواد الصلبة والسوائل النقية من التعبير، وأوجد تركيزًا مجهولًا من Kc معلوم.
كلمات جديدة
مدى التفاعل · إلى أي مدى يسير التفاعل العكسي قبل الاتزان: نواتج في الغالب أم متفاعلات في الغالبمادة صلبة أو سائلة نقية · مادة يبقى تركيزها ثابتًا عمليًا، فتُستبعد من Kcدرجة حرارة ثابتة · الشرط الذي يكون عنده لـ Kc قيمة واحدة مهما كانت التراكيز الابتدائية
الشرح
حجم Kc يخبرنا إلى أي مدى يسير التفاعل العكسي قبل الاتزان. فإذا كانت Kc أكبر كثيرًا من 1 كانت النواتج في بسط الكسر كبيرة: يسير التفاعل تقريبًا حتى نهايته. وإذا كانت Kc أصغر كثيرًا من 1 احتوى الخليط في الغالب على المتفاعلات لأن التفاعل العكسي هو الغالب. وإذا كانت Kc قريبة من 1 وُجدت المتفاعلات والنواتج بكميات متقاربة. تفاعل الهيدروجين مع الكلور لتكوين كلوريد الهيدروجين مثال على Kc ضخمة؛ ونستخدمه اتجاهًا فقط لا للحساب. ولا تخبرنا Kc بشيء عن السرعة: فقد يكون التفاعل ذو Kc الكبيرة بطيئًا. ولا تظهر تراكيز المواد الصلبة والسوائل النقية لأنها تبقى ثابتة عمليًا مهما كانت كمية المادة الصلبة: التفاعل CaCO₃(s) ⇌ CaO(s) + CO₂(g) تكون له Kc = [CO₂]. وفي المحاليل المائية المخففة يُستبعد الماء المذيب أيضًا. وعند درجة حرارة واحدة تكون لـ Kc قيمة واحدة مهما كانت التراكيز الابتدائية؛ ودرجة حرارة جديدة تعطي Kc جديدة (إضافة). أما إذابة مادة صلبة قليلة الذوبان فتُعالج في الأسبوع 14 بثابتها الخاص Ksp لأن المادة الصلبة تُستبعد.
حجم Kc
ما يحتويه خليط الاتزان
أقل كثيرًا من 1 (مثل 10⁻⁸)
متفاعلات في الغالب
قريبة من 1
الاثنان بكميات متقاربة
أكبر كثيرًا من 1 (مثل 10⁸)
نواتج في الغالب، تفاعل شبه تام
أمثلة محلولة
قراءة الحجم. عند درجة حرارة واحدة لثلاثة تفاعلات مخترعة Kc = 2.5 × 10⁻⁸ وKc = 0.8 وKc = 4.0 × 10⁹. الأول يحتوي تقريبًا على متفاعلات فقط. والثاني يحتوي على الاثنين بكميات متقاربة. والثالث يسير تقريبًا حتى نهايته ولا يبقى فيه إلا القليل جدًا من المتفاعلات. ولا يخبرنا شيء هنا أيها أسرع.
مواد صلبة مستبعدة. في التفاعل CaCO₃(s) ⇌ CaO(s) + CO₂(g) تُستبعد المادتان الصلبتان فتكون Kc = [CO₂]. وعند درجة حرارة واحدة تكون لـ [CO₂] قيمة واحدة سواء احتوى الوعاء 1 g أم 100 g من CaCO₃ ما دام جزء من المادة الصلبة باقيًا. وفي التفاعل Fe₃O₄(s) + 4H₂(g) ⇌ 3Fe(s) + 4H₂O(g) تكون Kc = [H₂O]⁴ ÷ [H₂]⁴. وبوجود [H₂O] = 0.30 و[H₂] = 0.10 mol/L تكون Kc = (0.30 ÷ 0.10)⁴ = 3⁴ = 81. والمعادلتان على الورق فقط؛ والثانية هي فكرة اختزال أكاسيد الحديد في الأسبوعين 4 و5.
نشاط الفصل
بطاقات الاتزان، مع شخص بالغ. اصنع أربع بطاقات. اكتب على وجه كل بطاقة واحدًا مما يلي: C(s) + CO₂(g) ⇌ 2CO(g)؛ Zn(s) + Cu²⁺(aq) ⇌ Zn²⁺(aq) + Cu(s)؛ 2NO₂(g) ⇌ N₂O₄(g)؛ H₂(g) + I₂(g) ⇌ 2HI(g). واكتب على ظهر كل بطاقة تعبير Kc مع استبعاد المواد الصلبة. بادل البطاقات مع زميل وصحّحا لبعضكما، ثم صنّف البطاقات الأربع إلى كومتين: ما فيه مادة صلبة وما ليس فيه. ورق فقط.
تدرّب
1
اكتب Kc للتفاعل C(s) + CO₂(g) ⇌ 2CO(g).
Kc = [CO]² ÷ [CO₂]؛ يُستبعد الكربون الصلب.
2
لتفاعلين مخترعين Kc = 6.0 × 10⁻¹⁵ وKc = 5.0 × 10¹⁰. أيهما يحتوي عند الاتزان على نواتج في الغالب وأيهما على متفاعلات في الغالب؟
Kc = 5.0 × 10¹⁰ تحتوي نواتج في الغالب (شبه تام)؛ وKc = 6.0 × 10⁻¹⁵ تحتوي متفاعلات في الغالب.
3
للتفاعل SO₂ + NO₂ ⇌ SO₃ + NO قيمة Kc = 3.0 عند درجة الحرارة المستخدمة. عند الاتزان [SO₂] = 0.20 و[NO₂] = 0.30 و[NO] = 0.60 mol/L. أوجد [SO₃].
