Диаграмма РИС

Проверка согласованности баланса масс на химическую реакцию

Таблица ICE , блок RICE или диаграмма RICE — это табличная система отслеживания изменения концентраций в равновесной реакции . ICE означает начальное, изменение, равновесие . Он используется в химии для отслеживания изменений количества веществ реагентов, а также для организации набора условий, которые нужно решить. ^[1] Некоторые источники ссылаются на таблицу RICE (или блок, или диаграмму), где добавленный R обозначает реакцию, к которой относится таблица. ^[2] Другие называют это просто концентрационной таблицей (для кислотно-щелочного равновесия). ^[3]

Пример

Для иллюстрации процессов рассмотрим случай растворения слабой кислоты ГК в воде. pH можно рассчитать с помощью таблицы ICE. Обратите внимание, что в этом примере мы предполагаем, что кислота не очень слабая и ее концентрация не очень разбавлена, так что концентрацией ионов [OH ^- ] можно пренебречь. Это эквивалентно предположению, что конечный pH будет ниже примерно 6 или около того. Более подробную информацию см. в расчетах pH .

Сначала запишите выражение равновесия.

$${\displaystyle {\ce {HA<=>{A^{-}}+{H+}}}}$$

В первой строке показана реакция, которую некоторые авторы обозначают буквой R, а некоторые оставляют пустой.

Второй ряд, обозначенный I, имеет начальные условия: номинальная концентрация кислоты равна C _a и она изначально недиссоциирована, поэтому концентрации A ⁻ и H ⁺ равны нулю.

Третья строка, обозначенная буквой C, указывает изменение, происходящее во время реакции. При диссоциации кислоты ее концентрация изменяется на величину , а концентрации A ⁻ и H ⁺ меняются на величину . Это следует из рассмотрения баланса масс (общее число каждого атома/молекулы должно оставаться неизменным) и баланса зарядов (сумма электрических зарядов до и после реакции должна быть равна нулю). ${\displaystyle -x}$ ${\displaystyle +x}$

Обратите внимание, что коэффициенты перед « x » соответствуют мольным отношениям реагентов к продукту. Например, если в уравнении реакции содержится 2 иона H ⁺ , то «изменение» для этой ячейки будет «2 x »

Четвертая строка, обозначенная E, представляет собой сумму первых двух строк и показывает конечные концентрации каждого вида при равновесии.

Из таблицы видно, что в состоянии равновесия [H ⁺ ] = x .

Чтобы найти x , необходимо указать константу диссоциации кислоты (то есть константу равновесия кислотно-основной диссоциации ).

$${\displaystyle K_{\text{a}}={\frac {{\ce {[H^+][A^-]}}}{{\ce {[HA]}}}}}$$

Замените концентрации значениями, найденными в последней строке таблицы ICE.

$${\displaystyle K_{\text{a}}={\frac {x^{2}}{C_{a}-x}}}$$

$${\displaystyle x^{2}+K_{\text{a}}x-K_{\text{a}}C_{a}=0}$$

При определенных значениях C _a и K _a это квадратное уравнение можно решить относительно x . Полагая ^[4] , что pH = −log ₁₀ [H ⁺ ], pH можно рассчитать как pH = −log ₁₀ x .

Если степень диссоциации весьма мала, C _a ≫ x и выражение упрощается до

$${\displaystyle K_{\text{a}}={\frac {x^{2}}{C_{a}}}}$$

1/2K _аC _{апревышающих} примерно

Рекомендации

1. Петруччи, Ральф Х.; Харвуд, Уильям С.; Херринг, Ф. Джеффри (2002). Общая химия (8-е изд.). Прентис Холл. стр. 648–653. ISBN 0-13-014329-4. Мы введем табличную систему для отслеживания изменения концентрации реагентов и продуктов, которую некоторые называют таблицей ICE.
2. «Таблицы RICE (Таблицы ICE) и Учебное пособие по расчетам констант равновесия» . AUS-e-TUTE: Ресурсы для преподавания и обучения химии . AUS-e-tute (Австралия) . Проверено 9 апреля 2021 г. Таблицы RICE также известны как таблицы ICE, блоки ICE, блоки RICE, диаграммы ICE или диаграммы RICE.
3. Эббинг, Даррелл; Гаммон, Стивен (2016). Общая химия (11 изд.). Cengage Обучение. стр. 569–601. ISBN 978-1305580343.
4. Строго говоря, pH равен −log ₁₀ {H ⁺ }, где {H ⁺ } — активность иона водорода. В разбавленном растворе концентрация практически равна активности.