화학평형과 평형상수: PCl5

화학평형과 평형상수: PCl5

 

 

500 K에서 1.000 mol PCl5를 5.000 L 용기에 넣었을 때, PCl5 중 78.50%가 분해되어 PCl5, PCl3, Cl2의 평형 혼합물이 된다.

PCl5(g) ⇌ PCl3(g) + Cl2(g)

(a) Kc와 Kp 값을 계산하시오.

(b) 만약 혼합물의 초기 농도가 [PCl5] = 0.500 M, [PCl3] = 0.150 M, [Cl2] = 0.600 M이면, 어느 방향으로 반응이 진행되어 평형에 도달하는가? 평형에 도달했을 때 농도는 얼마인가?

 

When 1.000 mol of PCl5 is introduced into a 5.000 L container at 500 K, 78.50% of the PCl5 dissociates to give an equilibrium mixture of PCl5, PCl3, and Cl2:

PCl5(g) ⇌ PCl3(g) + Cl2(g)

(a) Calculate the values of Kc and Kp.

(b) If the initial concentrations in a particular mixture of reactants and products are [PCl5] = 0.500 M, [PCl3] = 0.150 M, and [Cl2] = 0.600 M, in which direction does the reaction proceed to reach equilibrium? What are the concentrations when the mixture reaches equilibrium?

 

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PCl5의 몰농도를 계산하면,

(1.000 mol) / (5.000 L) = 0.2000 M

 

PCl5 중 78.50%가 분해되면, 평형에서

(0.2000 M) × 0.7850 = 0.1570 M 만큼 생성물이 존재하고,

(0.2000 M) - (0.1570 M) = 0.0430 M 만큼 PCl5가 남아있으므로,

 

	PCl5(g)	⇌	PCl3(g)	+	Cl2(g)
초기:	0.2000		0		0
평형:	0.0430		0.1570		0.1570

 

Kc = [PCl3][Cl2] / [PCl5]

= (0.1570)^2 / 0.0430

= 0.5732

 

Kp = Kc × (RT)^(Δn)

Δn = 2 – 1 = 1

Kp = 0.5732 × (0.0821 × 500)

= 23.53

 

 

반응비, Q를 계산해서 Kc와 비교하면,

반응 진행 방향을 알 수 있습니다.

 

Q = [PCl3][Cl2] / [PCl5]

= 0.150 × 0.600 / 0.500

= 0.180

 

K > Q 이므로, 반응은 오른쪽으로 진행되어 평형에 도달합니다.

 

	PCl5(g)	⇌	PCl3(g)	+	Cl2(g)
초기:	0.500		0.150		0.600
변화:	-x		+x		+x
평형:	0.500-x		0.150+x		0.600+x

 

Kc = [PCl3][Cl2] / [PCl5]

0.5732 = (0.150+x)(0.600+x) / (0.500-x)

x^2 + 1.323x – 0.197 = 0

 

근의 공식으로 x를 계산하면,

x = 0.135

 

따라서 평형에서,

[PCl5] = 0.500 – 0.135 = 0.365 M

[PCl3] = 0.150 + 0.135 = 0.285 M

[Cl2] = 0.600 + 0.135 = 0.735 M

 

 

[키워드] Kp와 Kc