Πώς θα μεταβληθεί η χημική ισορροπία στο σύστημα. Χημική ισορροπία, μετατόπιση ισορροπίας

Τότε παίρνουμε:

Λύνοντας αυτήν την εξίσωση, βρίσκουμε: x 1 \u003d 3 και x 2 \u003d 1,25. Αλλά x 1 = 3 δεν ικανοποιεί την συνθήκη του προβλήματος.
Επομένως, \u003d 1,25 + 1 \u003d 2,25 mol / l.

12.1. Σε ποια από τις παρακάτω αντιδράσεις μια αύξηση της πίεσης θα μετατοπίσει την ισορροπία προς τα δεξιά; Να αιτιολογήσετε την απάντηση.

1) 2ΝΗ 3 (d) 3 H 2 (d) + N 2 (g)

2) ZnCO 3 (γ) ZnO (c) + CO 2 (g)

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

4) CO2 (δ) + Γ (γραφίτης) 2CO (g)

12.2.Σε μια ορισμένη θερμοκρασία, οι συγκεντρώσεις ισορροπίας στο σύστημα

2HBr (g) H 2 (g) + Br 2 (g)

Όλες οι χημικές αντιδράσεις είναι, καταρχήν, αναστρέψιμες.
Αυτό σημαίνει ότι τόσο η αλληλεπίδραση των αντιδρώντων όσο και η αλληλεπίδραση των προϊόντων προχωρούν στο μίγμα της αντίδρασης. Υπό αυτή την έννοια, η διάκριση μεταξύ αντιδρώντων και προϊόντων είναι αυθαίρετη. Η κατεύθυνση μιας χημικής αντίδρασης καθορίζεται από τις συνθήκες υλοποίησής της (θερμοκρασία, πίεση, συγκέντρωση ουσιών).
Πολλές αντιδράσεις έχουν μία προτιμώμενη κατεύθυνση, και για τέτοιες αντιδράσεις να γίνονται προς την αντίθετη κατεύθυνση, ακραίες συνθήκες. Σε τέτοιες αντιδράσεις, συμβαίνει σχεδόν πλήρης μετατροπή των αντιδρώντων σε προϊόντα.

Παράδειγμα. Ο σίδηρος και το θείο με μέτρια θέρμανση αντιδρούν μεταξύ τους για να σχηματίσουν θειούχο σίδηρο (II), το FeS είναι σταθερό κάτω από τέτοιες συνθήκες και πρακτικά δεν αποσυντίθεται σε σίδηρο και θείο:

Σε 200 atm και 400 0 C, επιτυγχάνεται η μέγιστη και ίση με 36% (κατ' όγκο) περιεκτικότητα σε NH3 στο μίγμα της αντίδρασης. Με μια περαιτέρω αύξηση της θερμοκρασίας λόγω της ενισχυμένης ροής της αντίστροφης αντίδρασης, το κλάσμα όγκου της αμμωνίας στο μείγμα μειώνεται.
Η μπροστινή και η αντίστροφη αντίδραση προχωρούν ταυτόχρονα σε αντίθετες κατευθύνσεις.

Σε όλες τις αναστρέψιμες αντιδράσεις, ο ρυθμός της προς τα εμπρός αντίδρασης μειώνεται και ο ρυθμός της αντίστροφης αντίδρασης αυξάνεται έως ότου και οι δύο ρυθμοί γίνουν ίσοι και δημιουργηθεί μια κατάσταση ισορροπίας.

Σε κατάσταση ισορροπίας, οι ρυθμοί των μπροστινών και των αντίστροφων αντιδράσεων γίνονται ίσοι.

Η ΑΡΧΗ ΤΟΥ LE CHATELIER.ΜΕΤΑΠΟΙΗΣΗ ΤΗΣ ΧΗΜΙΚΗΣ ΙΣΟΡΡΟΠΙΑΣ.

Η θέση της χημικής ισορροπίας εξαρτάται από τις ακόλουθες παραμέτρους αντίδρασης: θερμοκρασία, πίεση και συγκέντρωση. Η επίδραση που έχουν αυτοί οι παράγοντες σε μια χημική αντίδραση υπακούει στο πρότυπο που εκφράστηκε γενική εικόνατο 1884 από τον Γάλλο επιστήμονα Le Chatelier. Η σύγχρονη διατύπωση της αρχής του Le Chatelier είναι η εξής:

1. Επίδραση θερμοκρασίας. Σε κάθε αναστρέψιμη αντίδραση, μια από τις κατευθύνσεις αντιστοιχεί σε μια εξώθερμη διαδικασία και η άλλη σε μια ενδόθερμη.

2. Επιρροή πίεσης. Σε όλες τις αντιδράσεις που περιλαμβάνουν αέριες ουσίες, που συνοδεύονται από αλλαγή όγκου λόγω αλλαγής της ποσότητας της ουσίας κατά τη μετάβαση από τις αρχικές ουσίες στα προϊόντα, η πίεση στο σύστημα επηρεάζει τη θέση ισορροπίας.
Η επίδραση της πίεσης στη θέση ισορροπίας υπακούει στους ακόλουθους κανόνες:

Έτσι, κατά τη μετάβαση από τις αρχικές ουσίες στα προϊόντα, ο όγκος των αερίων μειώθηκε στο μισό. Αυτό σημαίνει ότι με την αύξηση της πίεσης, η ισορροπία μετατοπίζεται προς το σχηματισμό NH3, όπως αποδεικνύεται από τα ακόλουθα δεδομένα για την αντίδραση σύνθεσης αμμωνίας στους 400 0C:

3. Επιρροή συγκέντρωσης. Η επίδραση της συγκέντρωσης στην κατάσταση ισορροπίας υπακούει στους ακόλουθους κανόνες:

Η χημική ισορροπία είναι εγγενής αναστρεπτόςαντιδράσεις και δεν είναι τυπικό για μη αναστρεψιμοχημικές αντιδράσεις.

Συχνά, όταν κάνετε χημική διαδικασία, τα αρχικά αντιδρώντα διέρχονται πλήρως στα προϊόντα αντίδρασης. Για παράδειγμα:

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

Είναι αδύνατο να ληφθεί μεταλλικός χαλκός πραγματοποιώντας την αντίδραση προς την αντίθετη κατεύθυνση, επειδή. δεδομένος η αντίδραση είναι μη αναστρέψιμη. Σε τέτοιες διαδικασίες, τα αντιδρώντα μετατρέπονται πλήρως σε προϊόντα, δηλ. η αντίδραση προχωρά στην ολοκλήρωση.

Αλλά οι περισσότερες από τις χημικές αντιδράσεις αναστρεπτός, δηλ. πιθανώς παράλληλη αντίδραση στην άμεση και αντίστροφες κατευθύνσεις. Με άλλα λόγια, τα αντιδρώντα μετατρέπονται μόνο εν μέρει σε προϊόντα και σύστημα αντίδρασηςθα αποτελείται τόσο από αντιδρώντα όσο και από προϊόντα. Σύστημα μέσα αυτή η υπόθεσηβρίσκεται σε κατάσταση χημική ισορροπία.

Σε αναστρέψιμες διαδικασίες, στην αρχή η άμεση αντίδραση έχει μέγιστη ταχύτητα, η οποία σταδιακά μειώνεται λόγω μείωσης της ποσότητας των αντιδραστηρίων. Η αντίστροφη αντίδραση, αντίθετα, έχει αρχικά έναν ελάχιστο ρυθμό, ο οποίος αυξάνεται όσο συσσωρεύονται τα προϊόντα. Στο τέλος, έρχεται μια στιγμή που οι ρυθμοί και των δύο αντιδράσεων γίνονται ίσοι - το σύστημα έρχεται σε κατάσταση ισορροπίας. Όταν επιτευχθεί μια κατάσταση ισορροπίας, οι συγκεντρώσεις των συστατικών παραμένουν αμετάβλητες, αλλά η χημική αντίδραση δεν σταματά. Οτι. Αυτή είναι μια δυναμική (κινούμενη) κατάσταση. Για λόγους σαφήνειας, παρουσιάζουμε το ακόλουθο σχήμα:

Ας πούμε ότι υπάρχουν μερικά αναστρέψιμη χημική αντίδραση:

a A + b B = c C + d D

τότε σύμφωνα με το νόμο ενεργούντες μάζες, γράφουμε εκφράσεις για ευθείαυ 1 και ΑΝΤΙΣΤΡΟΦΗυ 2 αντιδράσεις:

υ1 = k 1 [A] a [B] β

υ2 = k 2 [C] c [D] d

Ικανός χημική ισορροπία, οι ρυθμοί των μπροστινών και αντίστροφων αντιδράσεων είναι ίσοι, δηλ.:

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

παίρνουμε

Προς το= k1 / k 2 = [C] c [D] d ̸ [A] a [B] β

Που Κ =κ 1 / κ 2 – σταθερά ισορροπίας.

Για οποιονδηποτε αναστρέψιμη διαδικασία, υπό δεδομένες συνθήκες κείναι σταθερή τιμή. Δεν εξαρτάται από τις συγκεντρώσεις των ουσιών, αφού όταν αλλάζει η ποσότητα μιας από τις ουσίες, αλλάζουν και οι ποσότητες άλλων συστατικών.

Όταν οι συνθήκες για την πορεία μιας χημικής διεργασίας αλλάζουν, είναι δυνατή μια αλλαγή στην ισορροπία.

Παράγοντες που επηρεάζουν τη μεταβολή της ισορροπίας:

• αλλαγή στις συγκεντρώσεις των αντιδρώντων ή προϊόντων,
• αλλαγή πίεσης,
• αλλαγή θερμοκρασίας,
• εισαγωγή ενός καταλύτη στο μέσο αντίδρασης.

Η αρχή του Le Chatelier

Όλοι οι παραπάνω παράγοντες επηρεάζουν τη μετατόπιση της χημικής ισορροπίας, η οποία υπόκειται Αρχή Le Chatelier: εάν αλλάξετε μία από τις συνθήκες υπό τις οποίες το σύστημα βρίσκεται σε ισορροπία - συγκέντρωση, πίεση ή θερμοκρασία - τότε η ισορροπία θα μετατοπιστεί προς την κατεύθυνση της αντίδρασης που εξουδετερώνει αυτήν την αλλαγή.Εκείνοι. η ισορροπία τείνει να μετατοπίζεται προς την κατεύθυνση, οδηγώντας σε μείωση της επίδρασης της επίδρασης που οδήγησε στην παραβίαση της κατάστασης ισορροπίας.

Έτσι, θα εξετάσουμε χωριστά την επίδραση καθενός από τους παράγοντες τους στην κατάσταση ισορροπίας.

Επιρροή αλλαγές στις συγκεντρώσεις του αντιδρώντος ή του προϊόντος ας δείξουμε με παράδειγμα Διαδικασία Haber:

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

Εάν, για παράδειγμα, προστεθεί άζωτο σε ένα σύστημα ισορροπίας που αποτελείται από N 2 (g), H 2 (g) και NH 3 (g), τότε η ισορροπία θα πρέπει να μετατοπιστεί προς την κατεύθυνση που θα συνέβαλε στη μείωση της ποσότητας υδρογόνο προς την αρχική του τιμή, εκείνα. προς την κατεύθυνση σχηματισμού πρόσθετης ποσότητας αμμωνίας (προς τα δεξιά). Ταυτόχρονα, θα συμβεί και μείωση της ποσότητας υδρογόνου. Όταν προστίθεται υδρογόνο στο σύστημα, η ισορροπία θα μετατοπιστεί επίσης προς το σχηματισμό μιας νέας ποσότητας αμμωνίας (στα δεξιά). Ενώ η εισαγωγή αμμωνίας στο σύστημα ισορροπίας, σύμφωνα με Αρχή Le Chatelier , θα προκαλέσει μια μετατόπιση της ισορροπίας προς τη διαδικασία που είναι ευνοϊκή για το σχηματισμό των αρχικών ουσιών (στα αριστερά), π.χ. η συγκέντρωση της αμμωνίας θα πρέπει να μειωθεί με αποσύνθεση μέρους της σε άζωτο και υδρογόνο.

Μια μείωση στη συγκέντρωση ενός από τα συστατικά θα μετατοπίσει την κατάσταση ισορροπίας του συστήματος προς το σχηματισμό αυτού του συστατικού.

Επιρροή αλλαγές πίεσης Είναι λογικό εάν στην υπό μελέτη διεργασία συμμετέχουν αέρια συστατικά και, στην περίπτωση αυτή, υπάρχει αλλαγή στον συνολικό αριθμό των μορίων. Αν συνολικός αριθμόςμόρια παραμένουν στο σύστημα μόνιμος, τότε η αλλαγή της πίεσης δεν επηρεάζειστο ισοζύγιο του, για παράδειγμα:

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

Εάν η συνολική πίεση ενός συστήματος ισορροπίας αυξηθεί μειώνοντας τον όγκο του, τότε η ισορροπία θα μετατοπιστεί προς την κατεύθυνση της μείωσης του όγκου. Εκείνοι. προς τη μείωση του αριθμού αέριοστο σύστημα. Σε αντίδραση:

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

από 4 μόρια αερίου (1 N 2 (g) και 3 H 2 (g)) σχηματίζονται 2 μόρια αερίου (2 NH 3 (g)), δηλ. η πίεση στο σύστημα μειώνεται. Ως αποτέλεσμα, μια αύξηση της πίεσης θα συμβάλει στο σχηματισμό μιας επιπλέον ποσότητας αμμωνίας, δηλ. η ισορροπία θα μετατοπιστεί προς την κατεύθυνση σχηματισμού της (προς τα δεξιά).

Εάν η θερμοκρασία του συστήματος είναι σταθερή, τότε μια αλλαγή στη συνολική πίεση του συστήματος δεν θα οδηγήσει σε αλλαγή στη σταθερά ισορροπίας ΠΡΟΣ ΤΟ.

Αλλαγή θερμοκρασίας σύστημα επηρεάζει όχι μόνο τη μετατόπιση της ισορροπίας του, αλλά και τη σταθερά ισορροπίας ΠΡΟΣ ΤΟ.Εάν σε ένα σύστημα ισορροπίας, σε σταθερή πίεση, δοθεί επιπλέον θερμότητα, τότε η ισορροπία θα μετατοπιστεί προς την κατεύθυνση της απορρόφησης θερμότητας. Σκεφτείτε:

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

Έτσι, όπως μπορείτε να δείτε, η μπροστινή αντίδραση προχωρά με την απελευθέρωση θερμότητας και η αντίστροφη αντίδραση με την απορρόφηση. Με την αύξηση της θερμοκρασίας, η ισορροπία αυτής της αντίδρασης μετατοπίζεται προς την αντίδραση αποσύνθεσης αμμωνίας (στα αριστερά), επειδή είναι και αποδυναμώνει την εξωτερική επιρροή - την άνοδο της θερμοκρασίας. Αντίθετα, η ψύξη οδηγεί σε μετατόπιση της ισορροπίας προς την κατεύθυνση της σύνθεσης αμμωνίας (προς τα δεξιά), αφού η αντίδραση είναι εξώθερμη και ανθίσταται στην ψύξη.

Έτσι, μια αύξηση της θερμοκρασίας ευνοεί μια μετατόπιση χημική ισορροπίαπρος την κατεύθυνση μιας ενδόθερμης αντίδρασης και η πτώση της θερμοκρασίας είναι προς την κατεύθυνση μιας εξώθερμης διαδικασίας . Σταθερές ισορροπίαςόλων των εξώθερμων διεργασιών με αυξανόμενη μείωση της θερμοκρασίας και οι ενδόθερμες διεργασίες - αύξηση.

Έχοντας φτάσει στην κατάσταση της χημικής ισορροπίας, το σύστημα θα παραμείνει σε αυτό μέχρι να αλλάξουν οι εξωτερικές συνθήκες. Αυτό θα οδηγήσει σε αλλαγή στις παραμέτρους του συστήματος, π.χ. σε μια μετατόπιση της χημικής ισορροπίας προς την κατεύθυνση μιας από τις αντιδράσεις. Για ποιοτικός ορισμόςΗ κατεύθυνση της μεταβολής της ισορροπίας σε μια χημική αντίδραση είναι η αρχή Le Chatelier-Brown:

Εάν ασκηθεί εξωτερική επιρροή σε ένα σύστημα σε ισορροπία, δηλ. αλλάξτε τις συνθήκες υπό τις οποίες το σύστημα βρισκόταν σε ισορροπία, τότε οι διαδικασίες θα αρχίσουν να ρέουν στο σύστημα με ταχύτερο ρυθμό, μειώνοντας την επίδραση.

Η κατάσταση της χημικής ισορροπίας επηρεάζεται περισσότερο από τη συγκέντρωση, την πίεση, τη θερμοκρασία.

Όπως φαίνεται από την έκφραση για τη σταθερά του ρυθμού αντίδρασης, μια αύξηση στις συγκεντρώσεις των αρχικών ουσιών Ν και Μ οδηγεί σε αύξηση του ρυθμού της άμεσης αντίδρασης. Η ισορροπία λέγεται ότι έχει μετατοπιστεί προς την κατεύθυνση της προς τα εμπρός αντίδρασης. Αντίθετα, μια αύξηση στις συγκεντρώσεις των προϊόντων μετατοπίζει την ισορροπία προς την κατεύθυνση της αντίστροφης αντίδρασης.

Όταν η ολική πίεση στο μείγμα ισορροπίας αλλάζει, οι μερικές πιέσεις όλων των συμμετεχόντων στην αντίδραση αλλάζουν τον ίδιο αριθμόμια φορά. Εάν ο αριθμός των γραμμομορίων αερίων δεν αλλάξει στην αντίδραση, όπως, για παράδειγμα, στην αντίδραση H2 + Cl2 - 2 HCl, τότε η σύνθεση του μείγματος παραμένει σε ισορροπία και η ισορροπία δεν μετατοπίζεται. Εάν ο αριθμός των γραμμομορίων αερίων στην αντίδραση αλλάξει, τότε η σύνθεση του μείγματος αερίων θα γίνει μη ισορροπημένη ως αποτέλεσμα της αλλαγής της πίεσης και μία από τις αντιδράσεις θα αρχίσει να προχωρά με ταχύτερο ρυθμό. Η κατεύθυνση της μετατόπισης της ισορροπίας σε αυτή την περίπτωση εξαρτάται από το αν ο αριθμός των γραμμομορίων αερίων έχει αυξηθεί ή μειωθεί.

Σκεφτείτε, για παράδειγμα, την αντίδραση

Ν2 + 3 Η2 - 2 ΝΗ3

Όλοι οι συμμετέχοντες σε αυτή την αντίδραση είναι αέρια. Αφήστε τη συνολική πίεση στο μείγμα ισορροπίας να αυξηθεί (το μείγμα συμπιέστηκε). Η ισορροπία θα διαταραχθεί, θα πρέπει να ξεκινήσουν διαδικασίες στο σύστημα που θα οδηγήσουν σε μείωση της πίεσης. Αλλά η πίεση είναι ανάλογη με τον αριθμό των κρούσεων των μορίων στα τοιχώματα, δηλ. τον αριθμό των μορίων. Από την εξίσωση της αντίδρασης φαίνεται ότι ως αποτέλεσμα της άμεσης αντίδρασης, ο αριθμός των μορίων αερίου μειώνεται από 4 mol σε 2 mol, και ως αποτέλεσμα της αντίστροφης αντίδρασης, αυξάνεται ανάλογα. Επομένως, μια μείωση στη συνολική πίεση θα συμβεί εάν η ισορροπία μετατοπιστεί προς την κατεύθυνση της άμεσης αντίδρασης. Με μείωση της συνολικής πίεσης σε αυτό το σύστημα, η ισορροπία θα μετατοπιστεί προς την κατεύθυνση της αντίστροφης αντίδρασης, οδηγώντας σε αύξηση του αριθμού των μορίων αερίου, δηλ. σε αύξηση της πίεσης.

ΣΤΟ γενική περίπτωσημε αύξηση της ολικής πίεσης, η ισορροπία μετατοπίζεται προς την κατεύθυνση της αντίδρασης, οδηγώντας σε μείωση του αριθμού των αέριων μορίων και με μείωση της πίεσης, προς την κατεύθυνση της αντίδρασης, κατά την οποία αυξάνεται ο αριθμός των αέριων μορίων .

Για να προσδιοριστεί η κατεύθυνση της μετατόπισης της ισορροπίας με μια αλλαγή στη θερμοκρασία του συστήματος, είναι απαραίτητο να γνωρίζουμε τη θερμική επίδραση της αντίδρασης, δηλ. αν η αντίδραση είναι εξώθερμη ή ενδόθερμη. Πρέπει να θυμόμαστε ότι κατά τη διάρκεια μιας εξώθερμης αντίδρασης, απελευθερώνεται θερμότητα και η θερμοκρασία αυξάνεται. Κατά τη διάρκεια μιας ενδόθερμης αντίδρασης, η θερμοκρασία πέφτει λόγω της απορρόφησης θερμότητας. Επομένως, όταν η θερμοκρασία αυξάνεται, η ισορροπία μετατοπίζεται πάντα προς μια ενδόθερμη αντίδραση και όταν μειώνεται, μετατοπίζεται πάντα προς μια εξώθερμη αντίδραση. Για παράδειγμα, σε ένα σύστημα όπου εμφανίζεται μια αναστρέψιμη αντίδραση

1. Μεταξύ όλων των γνωστών αντιδράσεων, διακρίνονται οι αναστρέψιμες και οι μη αναστρέψιμες αντιδράσεις. Κατά τη μελέτη των αντιδράσεων ανταλλαγής ιόντων, αναφέρθηκαν οι συνθήκες υπό τις οποίες προχωρούν στην ολοκλήρωσή τους. ().

Υπάρχουν επίσης γνωστές αντιδράσεις που δεν ολοκληρώνονται υπό δεδομένες συνθήκες. Έτσι, για παράδειγμα, όταν το διοξείδιο του θείου διαλύεται στο νερό, συμβαίνει η αντίδραση: SO 2 + H 2 O→ H2SO3. Αλλά αποδεικνύεται ότι σε υδατικό διάλυμαμόνο μια ορισμένη ποσότητα θειικού οξέος μπορεί να σχηματιστεί. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι το θειικό οξύ είναι εύθραυστο και συμβαίνει η αντίστροφη αντίδραση, δηλ. αποσύνθεση σε οξείδιο του θείου και νερό. Επομένως, αυτή η αντίδραση δεν πάει στο τέλος γιατί δύο αντιδράσεις συμβαίνουν ταυτόχρονα - ευθεία(μεταξύ οξειδίου του θείου και νερού) και ΑΝΤΙΣΤΡΟΦΗ(αποσύνθεση θειικού οξέος). SO 2 + H 2 O↔H2SO3.

Οι χημικές αντιδράσεις που διεξάγονται υπό δεδομένες συνθήκες σε αμοιβαία αντίθετες κατευθύνσεις ονομάζονται αναστρέψιμες.

2. Επειδή ο ρυθμός των χημικών αντιδράσεων εξαρτάται από τη συγκέντρωση των αντιδρώντων, τότε αρχικά ο ρυθμός της άμεσης αντίδρασης ( υ pr) πρέπει να είναι μέγιστο, και την ταχύτητααντίδραση πίσω ( υ arr) ισούται με μηδέν. Η συγκέντρωση των αντιδρώντων μειώνεται με την πάροδο του χρόνου και η συγκέντρωση των προϊόντων της αντίδρασης αυξάνεται. Επομένως, ο ρυθμός της προς τα εμπρός αντίδρασης μειώνεται και ο ρυθμός της αντίστροφης αντίδρασης αυξάνεται. Σε ένα ορισμένο χρονικό σημείο, οι ρυθμοί των μπροστινών και των αντίστροφων αντιδράσεων γίνονται ίσοι:

Σε όλες τις αναστρέψιμες αντιδράσεις, ο ρυθμός της προς τα εμπρός αντίδρασης μειώνεται, ο ρυθμός της αντίστροφης αντίδρασης αυξάνεται έως ότου και οι δύο ρυθμοί γίνουν ίσοι και δημιουργηθεί μια κατάσταση ισορροπίας:

υ pr =υ αρ

Η κατάσταση ενός συστήματος στο οποίο ο ρυθμός της μπροστινής αντίδρασης είναι ίσος με τον ρυθμό της αντίστροφης αντίδρασης ονομάζεται χημική ισορροπία.

Σε κατάσταση χημικής ισορροπίας, η ποσοτική αναλογία μεταξύ των αντιδρώντων ουσιών και των προϊόντων της αντίδρασης παραμένει σταθερή: πόσα μόρια του προϊόντος της αντίδρασης σχηματίζονται ανά μονάδα χρόνου, τόσο πολλά από αυτά αποσυντίθενται. Ωστόσο, η κατάσταση της χημικής ισορροπίας διατηρείται όσο οι συνθήκες αντίδρασης παραμένουν αμετάβλητες: συγκέντρωση, θερμοκρασία και πίεση.

Ποσοτικά, περιγράφεται η κατάσταση της χημικής ισορροπίας ο νόμος της μαζικής δράσης.

Σε κατάσταση ισορροπίας, ο λόγος του γινομένου των συγκεντρώσεων των προϊόντων αντίδρασης (σε ισχύ των συντελεστών τους) προς το γινόμενο των συγκεντρώσεων των αντιδρώντων (επίσης στις δυνάμεις των συντελεστών τους) είναι μια σταθερή τιμή, ανεξάρτητη από τις αρχικές συγκεντρώσεις των ουσιών στο μείγμα της αντίδρασης.

Αυτό συνεχήςπου ονομάζεται σταθερά ισορροπίας - κ

Άρα για την αντίδραση: N 2 (G) + 3 H 2 (G) ↔ 2 NH 3 (D) + 92,4 kJ, η σταθερά ισορροπίας εκφράζεται ως εξής:

υ 1 =υ 2

υ 1 (άμεση αντίδραση) = κ 1 [ Ν 2 ][ H 2 ] 3, όπου– μοριακές συγκεντρώσεις ισορροπίας, = mol/l

υ 2 (αντίστροφη αντίδραση) = κ 2 [ NH 3 ] 2

κ 1 [ Ν 2 ][ H 2 ] 3 = κ 2 [ NH 3 ] 2

Kp = κ 1 / κ 2 = [ NH 3 ] 2 / [ Ν 2 ][ H 2 ] 3 – σταθερά ισορροπίας.

Η χημική ισορροπία εξαρτάται από τη συγκέντρωση, την πίεση, τη θερμοκρασία.

Αρχήκαθορίζει την κατεύθυνση της ανάμιξης ισορροπίας:

Εάν ασκήθηκε εξωτερική επιρροή σε ένα σύστημα που βρίσκεται σε ισορροπία, τότε η ισορροπία στο σύστημα θα μετατοπιστεί προς την αντίθετη κατεύθυνση από αυτήν την επιρροή.

1) Επιρροή συγκέντρωσης - εάν η συγκέντρωση των αρχικών ουσιών είναι αυξημένη, τότε η ισορροπία μετατοπίζεται προς το σχηματισμό προϊόντων αντίδρασης.

Για παράδειγμα,Kp = κ 1 / κ 2 = [ NH 3 ] 2 / [ Ν 2 ][ H 2 ] 3

Όταν προστίθεται στο μίγμα της αντίδρασης, για παράδειγμα άζωτο, δηλ. η συγκέντρωση του αντιδραστηρίου αυξάνεται, ο παρονομαστής στην έκφραση για το Κ αυξάνεται, αλλά επειδή το K είναι σταθερά, ο αριθμητής πρέπει επίσης να αυξηθεί για να εκπληρωθεί αυτή η συνθήκη. Έτσι, η ποσότητα του προϊόντος της αντίδρασης αυξάνεται στο μίγμα της αντίδρασης. Σε αυτή την περίπτωση, μιλάμε για μετατόπιση της χημικής ισορροπίας προς τα δεξιά, προς το προϊόν.

Έτσι, μια αύξηση στη συγκέντρωση των αντιδραστηρίων (υγρού ή αερίου) μετατοπίζεται προς προϊόντα, δηλ. προς μια άμεση αντίδραση. Η αύξηση της συγκέντρωσης των προϊόντων (υγρού ή αερίου) μετατοπίζει την ισορροπία προς τα αντιδρώντα, δηλ. προς την πίσω αντίδραση.

Μαζική αλλαγή στερεόςδεν αλλάζει τη θέση ισορροπίας.

2) Επίδραση θερμοκρασίας Η αύξηση της θερμοκρασίας μετατοπίζει την ισορροπία προς μια ενδόθερμη αντίδραση.

ένα)Ν 2 (Δ) + 3H 2 (Ζ) ↔ 2NH 3 (D) + 92,4 kJ (εξώθερμη - παραγωγή θερμότητας)

Καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται, η ισορροπία θα μετατοπιστεί προς την αντίδραση της αποσύνθεσης της αμμωνίας (←)

σι)Ν 2 (Δ) +Ο 2 (Ζ) ↔ 2ΟΧΙ(G) - 180,8 kJ (ενδόθερμη - απορρόφηση θερμότητας)

Καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται, η ισορροπία θα μετατοπιστεί προς την κατεύθυνση της αντίδρασης σχηματισμού ΟΧΙ (→)

3) Επίδραση της πίεσης (μόνο για αέριες ουσίες) - με την αύξηση της πίεσης, η ισορροπία μετατοπίζεται προς το σχηματισμόi ουσίες που καταλαμβάνουν λιγότεροΡυθμός.

Ν 2 (Δ) + 3H 2 (Ζ) ↔ 2NH 3 (ΣΟΛ)

1 V - Ν 2

3 V - H 2

2 V – NH 3

Όταν η πίεση αυξάνεται ( Π): πριν την αντίδραση4 V αέριες ουσίες → μετά την αντίδραση2 Vαέριες ουσίες, επομένως, η ισορροπία μετατοπίζεται προς τα δεξιά ( → )

Με αύξηση της πίεσης, για παράδειγμα, κατά 2 φορές, ο όγκος των αερίων μειώνεται κατά τον ίδιο αριθμό φορές, και επομένως, οι συγκεντρώσεις όλων των αερίων ουσιών θα αυξηθούν κατά 2 φορές. Kp = κ 1 / κ 2 = [ NH 3 ] 2 / [ Ν 2 ][ H 2 ] 3

Σε αυτήν την περίπτωση, ο αριθμητής της παράστασης για το K θα αυξηθεί κατά 4 φορές και ο παρονομαστής είναι 16 φορές, δηλ. η ισότητα θα σπάσει. Για να αποκατασταθεί, πρέπει να αυξηθεί η συγκέντρωση αμμωνίακαι μειώνουν τη συγκέντρωση άζωτοκαινερόείδος. Η ισορροπία θα μετατοπιστεί προς τα δεξιά.

Έτσι, όταν η πίεση αυξάνεται, η ισορροπία μετατοπίζεται προς μια μείωση του όγκου και όταν η πίεση μειώνεται, μετατοπίζεται προς μια αύξηση του όγκου.

Μια αλλαγή στην πίεση δεν έχει πρακτικά καμία επίδραση στον όγκο των στερεών και υγρών ουσιών, δηλ. δεν αλλάζει τη συγκέντρωσή τους. Κατά συνέπεια, η ισορροπία των αντιδράσεων στις οποίες δεν συμμετέχουν αέρια είναι πρακτικά ανεξάρτητη από την πίεση.

! Ουσίες που επηρεάζουν την πορεία μιας χημικής αντίδρασης καταλύτες.Αλλά όταν χρησιμοποιείται ένας καταλύτης, η ενέργεια ενεργοποίησης τόσο της μπροστινής όσο και της αντίστροφης αντίδρασης μειώνεται κατά το ίδιο ποσό, και επομένως η ισορροπία δεν αλλάζει.

Λύνω προβλήματα:

Νο 1. Αρχικές συγκεντρώσεις CO και O 2 στην αναστρέψιμη αντίδραση

2CO (g) + O 2 (g) ↔ 2 CO 2 (g)

Ίσο με 6 και 4 mol/L, αντίστοιχα. Να υπολογίσετε τη σταθερά ισορροπίας αν η συγκέντρωση του CO 2 τη στιγμή της ισορροπίας είναι 2 mol/L.

Νο 2. Η αντίδραση προχωρά σύμφωνα με την εξίσωση

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

Υποδείξτε πού θα μετατοπιστεί η ισορροπία αν

α) αύξηση της πίεσης

β) να αυξήσει τη θερμοκρασία

γ) αύξηση της συγκέντρωσης του οξυγόνου

δ) την εισαγωγή καταλύτη;