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[일반화학]

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다음 기체 반응은 400\mathrm{K}에서 일어난다.

2\mathrm{NO(g)} + \mathrm{O_2(g)} \rightleftharpoons 2\mathrm{NO_2(g)}\ \dddot \ \ K_c = 8.27 \times 10^4

초기 상태에서 10.0\mathrm{L} 용기 안에 \mathrm{NO}\ 1.97\mathrm{mol}, \mathrm{O_2}\ 3.33\mathrm{mol}을 넣은 상태로 평형에 도달할 때까지 기다렸다. 그 결과 최종 생성물은 다음과 같은 표와 같이 정리될 수 있다.

이 때의 x의 값은?

편의를 위해 일단 x의 단위인 \mathrm{mol}을 생략하였다. K_c를 통해 x를 구해야 하므로, 모든 수치를 몰농도로 바꾸어야 한다. 현재 용기는 10.0\mathrm{L}이므로, 최종 몰수에 10을 나누면 몰농도 값을 구할 수 있다. 결국 다음과 같은 결론을 얻을 수 있다.

[\mathrm{NO}] = \dfrac{1.97 - 2x}{10}\mathrm{M},\quad[\mathrm{O_2}] = \dfrac{3.33 - x}{10}\mathrm{M},\quad[\mathrm{NO_2}] = \dfrac{2x}{10}\mathrm{M}

이를 통해 평형 상수를 계산하면, 다음과 같이 간단해진다.

K_c = 8.27 \times 10^4= \dfrac{[\mathrm{NO_2}]^2}{[\mathrm{NO}]^2[\mathrm{O_2}]^1}= \dfrac{\left(\dfrac{2x}{10}\right)^2}{\left(\dfrac{1.97 - 2x}{10}\right)^2\left(\dfrac{3.33 - x}{10}\right)^1}

공학용 계산기의 solve를 사용해 해를 구하게 되면, x = 0.978을 얻을 수 있다.

※ 실제 이 방정식은 3차방정식으로, x = 0.978 외에도 x = 0.992,\ x = 3.330이 존재한다. 하지만 이 값은 \mathrm{NO}의 최종 몰 수가 음수가 되는 값이기 때문에 유효한 값이 아니다.

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