르 샤틀리에의 원리. 기체 반응에서 부피 효과 B(g) + 2C(g) ⇌ 2D(g)

르 샤틀리에의 원리. 기체 반응에서 부피 효과 B(g) + 2C(g) ⇌ 2D(g)

 

 

표는 1 L의 밀폐된 두 용기에서

서로 다른 반응 (가)와 (나)가

각각 평형에 도달했을 때의 자료이다.

 

(가) A(g) + B(g) ⇌ 2C(g)

화학 반응의 평형농도(mol/L)

[A] = 1

[B] = 1

[C] = 2

 

(나) B(g) + 2C(g) ⇌ 2D(g)

화학 반응의 평형농도(mol/L)

[B] = 2

[C] = 1

[D] = 2

 

(가)와 (나) 중 용기의 부피를 2 L로 늘리면

역반응이 우세하게 진행되는 것을 고르고,

그 까닭을 설명해 보자.

(단, 온도는 일정하다.)

 

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용기의 부피를 2 L로 늘리면

각 물질의 농도는 1/2로 감소한다.

 

[A] = 1 mol/L 를 예로 들어 설명하면,

① 용기의 부피 = 1 L일 때

A의 몰수 = 농도 × 부피

( 참고 https://ywpop.tistory.com/7787 )

 

= (1 mol/L) × 1 L = 1 mol

---> 평형에서의 A의 mol수

= 처음(초기) A의 mol수

 

 

② 용기의 부피 = 2 L일 때

A의 농도 = 1 mol / 2 L = 1/2 mol/L

---> 1 mol/L에서 1/2 mol/L로 감소.

 

 

 

(가) A(g) + B(g) ⇌ 2C(g)

① 용기의 부피 = 1 L일 때

평형 상수(K) = [C]^2 / ([A] [B])

= [2]^2 / ([1] [1])

= 4

 

② 용기의 부피 = 2 L일 때

반응 지수(Q) = [C]^2 / ([A] [B])

= [2/2]^2 / ([1/2] [1/2])

= 4

---> K = Q 이므로, 평형 상태 유지.

( 참고 https://ywpop.tistory.com/10539 )

 

 

 

반응형

 

 

 

(나) B(g) + 2C(g) ⇌ 2D(g)

① 용기의 부피 = 1 L일 때

평형 상수(K) = [D]^2 / ([B] [C]^2)

= [2]^2 / ([2] [1]^2)

= 2

 

② 용기의 부피 = 2 L일 때

반응 지수(Q) = [D]^2 / ([B] [C]^2)

= [2/2]^2 / ([2/2] [1/2]^2)

= 4

---> K < Q 이므로, 역반응 진행.

 

 

 

 

[참고] 반응 지수(Q)를 계산할 때는

평형이 변하나 안변하나를 모르는 상태이므로,

( 이걸 알기위해 Q를 계산해보는 거임. )

 

처음 평형에서의 각 물질의 mol수를 가지고

각 물질의 농도를 계산/대입한다.

 

 

만약

(나) B(g) + 2C(g) ⇌ 2D(g) 반응처럼

역반응이 진행되어 새로운 평형에 도달한다면,

그때 비로소 각 물질의 mol수가 변한다.

 

 

 

 

[다른 풀이 방법]

이 문제는 반응 지수를 계산하지 않고

‘르 샤틀리에의 원리’로도 해설할 수 있다.

( 참고 https://ywpop.tistory.com/2686 )

 

 

(가) A(g) + B(g) ⇌ 2C(g) 평형은

반응 전/후, 기체 분자의 몰수 변화가 없으므로,

1 + 1 ⇌ 2

부피 (또는 압력) 변화에 영향을 받지 않는다.

 

 

(나) B(g) + 2C(g) ⇌ 2D(g) 평형은

반응 전/후, 기체 분자의 몰수가 감소하므로,

1 + 2 ⇌ 2

부피를 증가시키면, 즉

PV = k 관계에 의해,

압력을 감소시킨 것과 같으므로,

기체 몰수가 증가하는 방향으로, 즉

역반응이 진행된다.

 

 

 

 

[키워드] 르 샤틀리에 기준, 화학 평형 기준