圧平衡定数と濃度平衡定数の量計算問題は２ステップで解け！

こんにちは。

濃度平衡定数と圧平衡定数について
お話しします。

化学平衡状態というのは、
熱化学的に非常に安定な状態、
というのは、以前お話しました。

平衡状態とは何か？を日本一わかりやすく解説してみた！

化学平衡の法則(質量作用の法則)

化学平衡の法則（質量作用の法則）は、
２つの記述のしかたが、あります。

それこそ、
濃度平衡定数と圧平衡定数
なんだが、、、
その濃度と圧力の２つの書き方を
学んで行きましょう！

濃度を用いた表現、濃度平衡定数

A₂+B₂⇄2AB
という平衡反応があります。

物質A₂,B₂,ABの
それぞれのモル濃度[A₂][B₂][AB] のあいだには、次の関係式が成立します。

この式で表される関係を、
化学平衡の法則または、
質量作用の法則といい、ここで、
K_C(cは濃度:Concentration)
で平衡定数と呼びます。

普段では、これは、
K_Cで表される事は無く、
K＝K_Cのことだと
思って良いです。

圧力を用いた表現圧平衡定数とは

次の反応がある温度で平衡状態のとき、
A₂(気）+B₂(気)⇄2AB(気)
このとき、

気体A,B,ABの分圧を、
P_A,P_B,P_ABと
あらわされるとき、

この３つの気体には、
次の関係式が成り立ちます。

この式で表される関係の事を
先ほどと同じように、
化学平衡の法則、
または質量作用の法則
と言います。

これも、温度に依存しますが、
圧力や濃度には依存しません。
この定数を圧平衡定数と言います。

平衡定数と反応速度定数の関係

H₂+I₂⇄2HI
という反応があったとします。

この反応で、
左から右（正反応）の反応速度式は、
v₁=k₁[H₂][I₂]

右から左（逆反応）の反応速度式は、
v₂=k₂[HI]²
となります。
で、平衡状態というのは、
正反応と逆反応の反応速度が、
同じ状態でした。

よって、平衡定数を反応速度定数で
表すと、

となります。

これの覚え方ですが、
『正/逆』です。
「逆分の正」「逆分の正」「逆分の正」
と唱え続けてください！

濃度平衡定数と圧平衡定数の関係

次の化学平衡の反応が起っている、
とします。

wW(気体）+xX(気体）+・・・・⇄yY(気体)+zZ(気体)+・・・

濃度平衡定数K_Cと
圧平衡定数K_Pについて、
次の関係式が成立します。

そして、ここで、
この２つの関係を見てみましょう！

状態方程式、PV=nRTを変形し、

このn/Vがモル濃度なので、
先ほどの分圧をモル濃度で、
表す事ができます。

P_w=[W]RT
P_X=[X]RT
P_Y=[Y]RT
P_z=[Z]RT
となります。

これを圧平衡定数に代入すると、
圧平衡定数と濃度平衡定数の関係を
付ける事が出来ます。

のようになります。

また、H₂+I₂⇄2HIのような、
『左辺、右辺のそれぞれの
係数の総和が等しい場合』
は、
K_C=K_P
が成り立ちます。

可逆反応とは？

平衡定数を決める事が出来ると、
可逆反応とは、何か？が
説明できます。

可逆と言うのは、
『両辺生き残る』
＋
『平衡定数一定』
と覚えてください。
両辺に、残ると言う事を
利用しているのが、
塩の加水分解です。

塩の加水分解とは?計算問題が出来ないシンプルすぎる理由は？

平衡定数の問題の解き方のステップ

化学平衡の計算というのは、
（電離平衡がちょっと例外的ではあるが、）
この２ステップで解く事が出来ます。
なので、この２つを意識してください！

それでは、全体的な、
２ステップの解法をお教え
します。

ステップ①モル収支表を書く

モル収支表というのは、
勝手にワタナベが命名したので、
一般的に通じる言葉ではありません。

ですが、
反応でモルがどのように変化するか、
その収支を表にまとめてあるので、

モル収支表と呼んでいます。

これは、モル計算でも
気体の分野でもよく使うので、
キッチリ使えるようにしておいてください。

ステップ②平衡定数一定式

平衡定数というのは、
温度一定なら一定です。

なので、温度が変わらなければ、
常にその反応で一定です。

だから、何かを足しても、
一定ですし、

圧力が変わっても
一定です。

なので、モル収支表を書いて、
新しい平衡状態でも、
K一定の式を立てます。

計算が面倒な問題も多く
ありますが、それは覚悟してください。

基本的に、解法でつまづく事は
あまり無い分野です。

例題

では実際にこの解法を使いこなして行きましょう！

例題を出して行こうと思います。

この問題を解いて行きます。

ステップ①収支表を書く

このように収支表を書きます。

ステップ②K式一定条件

そしてこれをK一定と連立します。

これより平衡定数K=4となります。
問２
またまた同様に解いて行きましょう

ステップ①収支表を書く

このようにモル収支表を
書きます。

ステップ②K式一定条件

先ほど求めた、
平衡定数一定条件を
使えば、

これより、xについて整理すると、
3x²-12x+8=0

ちなみに、このxは反応量
だから、負の可能性はない、

さらに、エタノールが1molしか
ないため、反応量が1molを
超える事も無い。

よって、0<x<1という
条件がわかる。

よって、これをとくと、

x=0.846mol
解答は
問１ 4
問2　8.5×10^-1mol
です。

平衡定数を扱う裏技的方法

分子の変数をすっきりしたいと言うもの、
なので、初期状態を全て、
平衡定数を扱う裏技的方法