Равновесие A + B ⇌ C с ограниченным запасом реагентов

Какие исходные величины потребуются

Укажите «Константа равновесия K», «Исходная концентрация A (моль/л)», «Исходная концентрация B (моль/л)». Это основные параметры выбранной постановки: они описывают исходное состояние, состав либо положение равновесия. Для контрольного набора указаны следующие числа: Константа равновесия K: 5; Исходная концентрация A (моль/л): 1.2 моль/л; Исходная концентрация B (моль/л): 0.9 моль/л. Их можно заменить значениями из химического анализа, измерения потенциала или справочных таблиц. Величины должны соответствовать одному состоянию системы, а не быть собраны из опытов при разных температурах без поправок.

Остальные входные величины: «Исходная концентрация C (моль/л)». В этой модели их роль не декоративная: они участвуют в вычислении энергетических изменений, долей или вещества, доступного для превращения. Если входы задают константы, необходимо помнить о стандартном состоянии; если задают концентрации, нельзя подменять молярную концентрацию массовой долей. Особенно опасно использовать константу, рассчитанную для другой температуры или другой ионной силы. В частности, здесь проверяются входные данные: Константа равновесия K, Исходная концентрация A (моль/л).

Уравнения и контроль материального баланса

Основное уравнение записывается так: K=(C₀+ξ)/[(A₀−ξ)(B₀−ξ)] при c°=1 моль/л. Для задач со степенью реакции количества компонентов меняются в соответствии со стехиометрическими коэффициентами. Для задач с активностями важно отдельно определить, какой вид частного реакции используют в расчёте. Если константа близка к нулю или чрезвычайно велика, чувствительность к округлению может резко возрастать; поэтому вычисления выполняются без предварительного округления вводимых чисел.

С указанными по умолчанию параметрами получается «Степень реакции, моль/л»: 0.637652; также вычисляется «Концентрация B, моль/л»: 0.262348. Остальные числовые показатели показывают связанный состав или энергетическую характеристику и помогают обнаружить несоответствие размерностей. При проверке сложных выражений полезно подставить результаты обратно в исходное уравнение и удостовериться, что сумма компонентов не изменилась там, где она должна сохраняться.

Что меняется при другой загрузке или температуре

Для сравнения двух расчётов измените поле «Константа равновесия K»: в дополнительном примере исходное значение 5 заменяется на 4.5. Тогда показатель «Степень реакции, моль/л» становится равным 0.622222. Такой способ позволяет увидеть влияние одного параметра, удерживая прочие неизменными. Однако в реальной лаборатории некоторые условия связаны: например, измеренная константа и температура не всегда могут изменяться независимо друг от друга.

Для реакции связывания одного A с одним B важно учитывать, что каждый молекулярный комплекс забирает оба реагента. Конверсию нельзя получать делением одной концентрации на константу. При интерпретации сравните относительные доли компонентов и знак рассчитанной свободной энергии, когда он присутствует среди результатов. Положительная энергия при заданном составе не означает невозможность обратной реакции; отрицательная энергия не означает мгновенное превращение. Если наблюдения не совпадают с вычислениями, сначала проверьте температуру и концентрационную основу расчёта, затем — наличие побочных реакций и неидеальности раствора или газа.

Границы модели и проверка результата

Основное допущение для этой задачи: Условие равновесия в идеальном растворе и стандартная концентрация 1 моль/л. Модель следует рассматривать как математическое описание определённого химического равновесия. Она не учитывает любые возможные соединения, потери при пробоподготовке или произвольные поправки к активности, которых нет среди входных данных. Для сложных растворов, больших давлений и смесей с несколькими фазами может потребоваться специализированная термодинамическая модель.

Перед применением вычисленных величин запишите источник исходной константы и экспериментальные условия. Проверьте выбранные единицы, химическую стехиометрию, состав до и после превращения, а также совпадение стандартных состояний. Если результат используется для технологического оборудования, сравните его с экспериментальной точкой и независимым расчётом. Программа показывает, что следует из введённой модели, но сама по себе не подтверждает безопасность режима или корректность химических данных. Для задачи «Равновесие A + B ⇌ C с ограниченным запасом реагентов» дополнительно сверьте: K=(C₀+ξ)/[(A₀−ξ)(B₀−ξ)] при c°=1 моль/л.

Формула расчёта

Проверенные примеры

Как пользоваться онлайн-калькулятором

1. Укажите «Константа равновесия K» (без единицы), от 1e-05 до 1000000.0.
2. Укажите «Исходная концентрация A» (моль/л), от 0.001 до 100.
3. Укажите «Исходная концентрация B» (моль/л), от 0.001 до 100.
4. Укажите «Исходная концентрация C» (моль/л), от 0 до 100.
5. Сопоставьте результаты с физическими ограничениями и условием применимости.