Как ще се промени химичното равновесие в системата. Химично равновесие Изместване на баланса

Тогава получаваме:

Решавайки това уравнение, намираме: x 1 \u003d 3 и x 2 \u003d 1,25. Но х 1 = 3 не удовлетворява условието на задачата.
Следователно \u003d 1,25 + 1 \u003d 2,25 mol / l.

12.1. При коя от следните реакции повишаването на налягането ще измести равновесието надясно? Обосновете отговора.

1) 2NH 3 (d) 3 H 2 (d) + N 2 (ж)

2) ZnCO 3 (c) ZnO (c) + CO 2 (ж)

3) 2HBr (g) H2 (g) + Br 2 (w)

4) CO2 (d) + C (графит) 2CO (g)

12.2.При определена температура равновесните концентрации в системата

2HBr (g) H2 (g) + Br 2 (ж)

Всички химични реакции по принцип са обратими.
Това означава, че както взаимодействието на реагентите, така и взаимодействието на продуктите протичат в реакционната смес. В този смисъл разграничението между реагенти и продукти е произволно. Посоката на химичната реакция се определя от условията на нейното протичане (температура, налягане, концентрация на веществата).
Много реакции имат една предпочитана посока и за да протичат такива реакции в обратната посока, екстремни условия. При такива реакции настъпва почти пълно превръщане на реагентите в продукти.

Пример. Желязото и сярата при умерено нагряване реагират помежду си, за да образуват железен (II) сулфид, FeS е стабилен при такива условия и практически не се разлага на желязо и сяра:

При 200 atm и 400 0C се постига максимално и равно на 36% (по обем) съдържание на NH3 в реакционната смес. При по-нататъшно повишаване на температурата поради засиления поток на обратната реакция, обемната част на амоняка в сместа намалява.
Правата и обратната реакция протичат едновременно в противоположни посоки.

При всички обратими реакции скоростта на правата реакция намалява, а скоростта на обратната реакция се увеличава, докато двете скорости станат равни и се установи равновесно състояние.

В състояние на равновесие скоростите на правата и обратната реакция се изравняват.

ПРИНЦИПЪТ НА Льо Шателие.ИЗМЕСТВАНЕ НА ХИМИЧНОТО РАВНОВЕСИЕ.

Положението на химичното равновесие зависи от следните параметри на реакцията: температура, налягане и концентрация. Влиянието, което тези фактори оказват върху химичната реакция, се подчинява на модела, който е изразен в общ изгледпрез 1884 г. от френския учен Льо Шателие. Съвременната формулировка на принципа на Le Chatelier е следната:

1. Ефект на температурата. Във всяка обратима реакция едното от направленията съответства на екзотермичен процес, а другото на ендотермичен.

2. Влияние на налягането. Във всички реакции с участието на газообразни вещества, придружени от промяна в обема поради промяна в количеството на веществото при преминаване от изходните вещества към продуктите, налягането в системата влияе на равновесното положение.
Влиянието на натиска върху равновесното положение се подчинява на следните правила:

Така при прехода от изходните вещества към продуктите обемът на газовете намалява наполовина. Това означава, че с увеличаване на налягането равновесието се измества към образуването на NH3, както се вижда от следните данни за реакцията на синтез на амоняк при 400 0C:

3. Влияние на концентрацията. Влиянието на концентрацията върху състоянието на равновесие се подчинява на следните правила:

Химичното равновесие е присъщо обратимиреакции и не е характерно за необратимхимична реакция.

Често, когато правите химичен процес, първоначалните реагенти напълно преминават в реакционните продукти. Например:

Cu + 4HNO 3 \u003d Cu (NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O

Невъзможно е да се получи метална мед чрез провеждане на реакцията в обратна посока, т.к. дадено реакцията е необратима. При такива процеси реагентите се превръщат напълно в продукти, т.е. реакцията протича до завършване.

Но повечето химични реакции обратими, т.е. вероятно паралелна реакция в пряката и обратни посоки. С други думи, реагентите се превръщат само частично в продукти и реакционна системаще се състои както от реагенти, така и от продукти. Система в този случайе в състояние химично равновесие.

При обратимите процеси отначало има пряка реакция максимална скорост, което постепенно намалява поради намаляване на количеството на реагентите. Обратната реакция, напротив, първоначално има минимална скорост, която се увеличава с натрупването на продуктите. В крайна сметка идва момент, в който скоростите на двете реакции се изравняват – системата стига до състояние на равновесие. При достигане на равновесно състояние концентрациите на компонентите остават непроменени, но химичната реакция не спира. Че. Това е динамично (подвижно) състояние. За по-голяма яснота представяме следната фигура:

Да кажем, че има обратима химическа реакция:

a A + b B = c C + d D

тогава според закона действащи маси, пишем изрази за правυ 1 и обратенυ 2 реакции:

υ1 = k 1 [A] a [B] b

υ2 = k 2 [C] c [D] d

Способен химично равновесие, скоростите на правата и обратната реакция са равни, т.е.

k 1 [A] a [B] b = k 2 [C] c [D] d

получаваме

Да се= k1 / k 2 = [C] c [D] d ̸ [A] a [B] b

Където К =к 1 / к 2 – равновесна константа.

За всеки обратим процес, при дадени условия ке постоянна стойност. Не зависи от концентрациите на веществата, тъй като когато се променя количеството на едно от веществата, се променят и количествата на другите компоненти.

При промяна на условията за протичане на химичния процес е възможно изместване на равновесието.

Фактори, влияещи върху изместването на равновесието:

• промяна в концентрациите на реагенти или продукти,
• промяна на налягането,
• промяна на температурата,
• въвеждане на катализатор в реакционната среда.

Принцип на Льо Шателие

Всички горепосочени фактори влияят върху изместването на химичното равновесие, което е обект на Принцип на Льо Шателие: ако промените едно от условията, при които системата е в равновесие - концентрация, налягане или температура - тогава равновесието ще се измести в посоката на реакцията, която противодейства на тази промяна.Тези. равновесието има тенденция да се измества в посока, което води до намаляване на влиянието на въздействието, довело до нарушаване на равновесното състояние.

Така че ще разгледаме отделно влиянието на всеки от техните фактори върху състоянието на равновесие.

Влияние промени в концентрациите на реагентите или продуктите да покажем с пример процес Хабер:

N 2 (g) + 3H 2 (g) \u003d 2NH 3 (g)

Ако например се добави азот към равновесна система, състояща се от N 2 (g), H 2 (g) и NH 3 (g), тогава равновесието трябва да се измести в посока, която би допринесла за намаляване на количеството на водород към първоначалната му стойност, тези. в посока на образуване на допълнително количество амоняк (вдясно). В същото време ще настъпи и намаляване на количеството водород. Когато към системата се добави водород, равновесието също ще се измести към образуването на ново количество амоняк (надясно). Докато въвеждането на амоняк в равновесната система, според Принцип на Льо Шателие , ще доведе до изместване на равновесието към процеса, който е благоприятен за образуването на изходните вещества (наляво), т.е. концентрацията на амоняк трябва да се намали чрез разлагане на част от него на азот и водород.

Намаляването на концентрацията на един от компонентите ще измести равновесното състояние на системата към образуването на този компонент.

Влияние промени в налягането има смисъл, ако в изследвания процес участват газообразни компоненти и в този случай има промяна в общия брой молекули. Ако общ броймолекули остават в системата постоянен, след това промяната в налягането не влияевърху неговия баланс, например:

I 2 (g) + H 2 (g) \u003d 2HI (g)

Ако общото налягане на равновесна система се увеличи чрез намаляване на нейния обем, тогава равновесието ще се измести в посока на намаляване на обема. Тези. към намаляване на броя газв системата. В реакция:

N 2 (g) + 3H 2 (g) \u003d 2NH 3 (g)

от 4 газови молекули (1 N 2 (g) и 3 H 2 (g)) се образуват 2 газови молекули (2 NH 3 (g)), т.е. налягането в системата намалява. В резултат на това повишаването на налягането ще допринесе за образуването на допълнително количество амоняк, т.е. равновесието ще се измести в посоката на неговото формиране (надясно).

Ако температурата на системата е постоянна, тогава промяната в общото налягане на системата няма да доведе до промяна в константата на равновесие ДА СЕ.

Промяна на температурата система влияе не само върху изместването на нейното равновесие, но и върху равновесната константа ДА СЕ.Ако на равновесна система при постоянно налягане се даде допълнителна топлина, тогава равновесието ще се измести в посока на поглъщане на топлина. Обмисли:

N 2 (g) + 3H 2 (g) \u003d 2NH 3 (g) + 22 kcal

И така, както можете да видите, правата реакция протича с отделяне на топлина, а обратната реакция с абсорбция. С повишаване на температурата равновесието на тази реакция се измества към реакцията на разлагане на амоняк (наляво), т.к. това е и отслабва външното влияние - повишаването на температурата. Напротив, охлаждането води до изместване на равновесието в посока на синтеза на амоняк (надясно), тъй като реакцията е екзотермична и издържа на охлаждане.

По този начин повишаването на температурата благоприятства промяната химично равновесиев посока на ендотермична реакция, а понижението на температурата е в посока на екзотермичен процес . Константи на равновесиена всички екзотермични процеси с повишаване на температурата намаляват, а на ендотермичните процеси - нарастват.

След като достигне състояние на химично равновесие, системата ще остане в него до промяна на външните условия. Това ще доведе до промяна в системните параметри, т.е. до изместване на химичното равновесие по посока на една от реакциите. За качествено определениепосоката на изместване на равновесието в химическа реакция е принципът на Le Chatelier-Brown:

Ако се окаже външно въздействие върху система в равновесие, т.е. промените условията, при които системата е била в равновесие, тогава процесите ще започнат да протичат в системата с по-бърза скорост, намалявайки въздействието.

Състоянието на химичното равновесие се влияе най-много от концентрацията, налягането, температурата.

Както се вижда от израза за константата на скоростта на реакцията, увеличаването на концентрациите на изходните вещества N и M води до увеличаване на скоростта на директната реакция. Твърди се, че равновесието се е изместило в посоката на предната реакция. Обратно, увеличаването на концентрациите на продуктите измества равновесието в посока на обратната реакция.

При промяна на общото налягане в равновесната смес се променят парциалните налягания на всички участници в реакцията същото числоведнъж. Ако броят на моловете газове не се променя в реакцията, както например в реакцията H2 + Cl2 - 2 HCl, тогава съставът на сместа остава в равновесие и равновесието не се измества. Ако броят на моловете газове в реакцията се промени, тогава съставът на газовата смес ще стане неравновесен в резултат на промяна в налягането и една от реакциите ще започне да протича с по-бърза скорост. Посоката на изместване на равновесието в този случай зависи от това дали броят на моловете газове се е увеличил или намалял.

Помислете например за реакцията

N2 + 3 H2 - 2 NH3

Всички участници в тази реакция са газове. Нека общото налягане в равновесната смес се увеличи (сместа беше компресирана). Равновесието ще бъде нарушено, в системата трябва да започнат процеси, които ще доведат до намаляване на налягането. Но налягането е пропорционално на броя на ударите на молекулите върху стените, т.е. броят на молекулите. От уравнението на реакцията се вижда, че в резултат на директната реакция броят на газовите молекули намалява от 4 mol на 2 mol, а в резултат на обратната реакция съответно се увеличава. Следователно ще настъпи намаляване на общото налягане, ако равновесието се измести в посока на директната реакция. С намаляване на общото налягане в тази система равновесието ще се измести в посока на обратната реакция, което ще доведе до увеличаване на броя на газовите молекули, т.е. до повишаване на налягането.

AT общ случайс увеличаване на общото налягане равновесието се измества по посока на реакцията, което води до намаляване на броя на газообразните молекули, а с намаляване на налягането - по посока на реакцията, при което броят на газообразните молекули се увеличава .

За да се определи посоката на изместване на равновесието с промяна на температурата на системата, е необходимо да се знае топлинният ефект на реакцията, т.е. дали реакцията е екзотермична или ендотермична. Трябва да се помни, че по време на екзотермична реакция се отделя топлина и температурата се повишава. По време на ендотермична реакция температурата спада поради абсорбцията на топлина. Следователно, когато температурата се повишава, равновесието винаги се измества към ендотермична реакция, а когато се понижава, винаги се измества към екзотермична реакция. Например в система, в която възниква обратима реакция

1. Сред всички известни реакции се разграничават обратими и необратими реакции. При изучаването на йонообменните реакции бяха изброени условията, при които те протичат до завършване. ().

Известни са и реакции, които не завършват при определени условия. Така например, когато серен диоксид се разтвори във вода, възниква реакцията: SO 2 + H 2 O→ H2SO3. Но се оказва, че в воден разтворможе да се образува само определено количество сярна киселина. Това се дължи на факта, че сярната киселина е крехка и възниква обратната реакция, т.е. разлагане на серен оксид и вода. Следователно тази реакция не отива до края, защото две реакции се случват едновременно - прав(между серен оксид и вода) и обратен(разлагане на сярна киселина). SO2 + H2O↔H2SO3.

Химичните реакции, протичащи при определени условия във взаимно противоположни посоки, се наричат ​​обратими.

2. Тъй като скоростта на химичните реакции зависи от концентрацията на реагентите, тогава първо скоростта на директната реакция ( υ пр) трябва да е максимум и скоросттаобратна реакция ( υ обр) е равно на нула. Концентрацията на реагентите намалява с времето, а концентрацията на реакционните продукти се увеличава. Следователно скоростта на правата реакция намалява, а скоростта на обратната реакция се увеличава. В определен момент скоростта на правата и обратната реакция се изравнява:

При всички обратими реакции скоростта на правата реакция намалява, скоростта на обратната реакция се увеличава, докато двете скорости станат равни и се установи равновесно състояние:

υ pr =υ обр

Състоянието на системата, при което скоростта на правата реакция е равна на скоростта на обратната реакция, се нарича химично равновесие.

В състояние на химично равновесие количественото съотношение между реагиращите вещества и реакционните продукти остава постоянно: колко молекули от реакционния продукт се образуват за единица време, толкова много от тях се разлагат. Състоянието на химичното равновесие обаче се поддържа, докато условията на реакцията остават непроменени: концентрация, температура и налягане.

Количествено се описва състоянието на химичното равновесие законът за масовото действие.

При равновесие съотношението на произведението на концентрациите на реакционните продукти (в степени на техните коефициенти) към произведението на концентрациите на реагентите (също в степените на техните коефициенти) е постоянна стойност, независима от началните концентрации вещества в реакционната смес.

Това постояненНаречен равновесна константа - к

Така че за реакцията: N 2 (G) + 3 H 2 (G) ↔ 2 NH 3 (D) + 92,4 kJ, равновесната константа се изразява, както следва:

υ 1 =υ 2

υ 1 (директна реакция) = к 1 [ н 2 ][ з 2 ] 3 , където– равновесни моларни концентрации, = mol/l

υ 2 (обратна реакция) = к 2 [ NH 3 ] 2

к 1 [ н 2 ][ з 2 ] 3 = к 2 [ NH 3 ] 2

Kp = к 1 / к 2 = [ NH 3 ] 2 / [ н 2 ][ з 2 ] 3 – равновесна константа.

Химичното равновесие зависи от концентрацията, налягането, температурата.

Принципопределя посоката на равновесното смесване:

Ако външно въздействие е упражнено върху система, която е в равновесие, тогава равновесието в системата ще се измести в посока, обратна на това влияние.

1) Влияние на концентрацията - ако концентрацията на изходните вещества се увеличи, тогава равновесието се измества към образуването на реакционни продукти.

Например,Kp = к 1 / к 2 = [ NH 3 ] 2 / [ н 2 ][ з 2 ] 3

Когато се добави към реакционната смес, напр азот, т.е. концентрацията на реагента се увеличава, знаменателят в израза за K се увеличава, но тъй като K е константа, числителят също трябва да се увеличи, за да се изпълни това условие. По този начин количеството на реакционния продукт се увеличава в реакционната смес. В този случай говорим за изместване на химичното равновесие надясно, към продукта.

По този начин увеличаването на концентрацията на реагентите (течни или газообразни) се измества към продуктите, т.е. към директна реакция. Увеличаването на концентрацията на продуктите (течни или газообразни) измества равновесието към реагентите, т.е. към обратната реакция.

Масова промяна твърдоне променя равновесното положение.

2) Температурен ефект Повишаването на температурата измества равновесието към ендотермична реакция.

а)н 2 (D) + 3з 2 (G) ↔ 2NH 3 (D) + 92,4 kJ (екзотермично - отделяне на топлина)

С повишаването на температурата равновесието ще се измести към реакцията на разлагане на амоняк (←)

б)н 2 (D) +О 2 (G) ↔ 2НЕ(G) - 180,8 kJ (ендотермично - поглъщане на топлина)

С повишаването на температурата равновесието ще се измести в посока на реакцията на образуване НЕ (→)

3) Влияние на налягането (само за газообразни вещества) - с увеличаване на налягането равновесието се измества към образуванетоi вещества, заемащи по-малко околоб ям.

н 2 (D) + 3з 2 (G) ↔ 2NH 3 (G)

1 V - н 2

3 V - з 2

2 V – NH 3

Когато налягането се повиши ( П): преди реакция4 V газообразни вещества → след реакция2 Vгазообразни вещества, следователно равновесието се измества надясно ( → )

С увеличаване на налягането, например 2 пъти, обемът на газовете намалява същия брой пъти и следователно концентрациите на всички газообразни вещества ще се увеличат 2 пъти. Kp = к 1 / к 2 = [ NH 3 ] 2 / [ н 2 ][ з 2 ] 3

В този случай числителят на израза за K ще се увеличи с 4 пъти, а знаменателят е 16 пъти, т.е. равенството ще бъде нарушено. За да го възстановите, концентрацията трябва да се увеличи амоняки намаляване на концентрацията азотиводамил. Балансът ще се измести надясно.

Така че, когато налягането се увеличава, равновесието се измества към намаляване на обема, а когато налягането намалява, то се измества към увеличаване на обема.

Промяната в налягането практически няма ефект върху обема на твърдите и течните вещества, т.е. не променя концентрацията им. Следователно равновесието на реакциите, в които газовете не участват, практически не зависи от налягането.

! Вещества, които влияят на хода на химична реакция катализатори.Но когато се използва катализатор, енергията на активиране както на правата, така и на обратната реакция намалява с еднакво количество и следователно балансът не се променя.

Решавам проблеми:

номер 1. Начални концентрации на CO и O 2 в обратимата реакция

2CO (g) + O 2 (g) ↔ 2 CO 2 (g)

Равно на 6 и 4 mol/L, съответно. Изчислете константата на равновесие, ако концентрацията на CO 2 в момента на равновесие е 2 mol/l.

номер 2. Реакцията протича съгласно уравнението

2SO 2 (g) + O 2 (g) \u003d 2SO 3 (g) + Q

Посочете къде ще се измести равновесието, ако

а) повишаване на налягането

б) повишаване на температурата

в) увеличаване на концентрацията на кислород

г) въвеждането на катализатор?