Reakcje chemiczne mogą być odwracalne lub nieodwracalne.
te. jeśli jakaś reakcja A + B = C + D jest nieodwracalna, oznacza to, że reakcja odwrotna C + D = A + B nie zachodzi.
czyli np. jeśli dana reakcja A + B = C + D jest odwracalna, oznacza to, że zarówno reakcja A + B → C + D (bezpośrednia), jak i reakcja C + D → A + B (odwrotna) zachodzą jednocześnie ).
Zasadniczo, ponieważ Występują zarówno reakcje bezpośrednie, jak i odwrotne; w przypadku reakcji odwracalnych zarówno substancje po lewej stronie równania, jak i substancje po prawej stronie równania można nazwać odczynnikami (substancjami wyjściowymi). To samo tyczy się produktów.
Dla każdej reakcji odwracalnej możliwa jest sytuacja, gdy szybkości reakcji w przód i w tył są równe. Ten stan nazywa się stan równowagi.
W równowadze stężenia zarówno wszystkich reagentów, jak i wszystkich produktów są stałe. Nazywa się stężenia produktów i reagentów w stanie równowagi stężenia równowagowe.
Przesunięcie równowagi chemicznej pod wpływem różnych czynników
Ze względu na zewnętrzne wpływy na układ, takie jak zmiany temperatury, ciśnienia lub stężenia substancji wyjściowych lub produktów, równowaga układu może zostać zakłócona. Jednak po ustaniu tego wpływu zewnętrznego układ po pewnym czasie przejdzie do nowego stanu równowagi. Takie przejście układu z jednego stanu równowagi do innego stanu równowagi nazywa się przesunięcie (przesunięcie) równowagi chemicznej .
Aby móc określić, jak zmienia się równowaga chemiczna pod wpływem określonego rodzaju wpływu, wygodnie jest skorzystać z zasady Le Chateliera:
Jeśli na układ znajdujący się w stanie równowagi wywierany jest jakikolwiek wpływ wpływ zewnętrzny, wówczas kierunek przesunięcia równowagi chemicznej będzie pokrywał się z kierunkiem reakcji osłabiającej efekt uderzenia.
Wpływ temperatury na stan równowagi
Kiedy temperatura się zmienia, równowaga jest dowolna reakcja chemiczna zmiany. Wynika to z faktu, że każda reakcja ma efekt termiczny. Co więcej, skutki termiczne reakcji do przodu i do tyłu są zawsze dokładnie przeciwne. Te. jeśli reakcja postępująca jest egzotermiczna i przebiega z efektem termicznym równym +Q, to reakcja odwrotna jest zawsze endotermiczna i ma efekt termiczny równy –Q.
Zatem zgodnie z zasadą Le Chateliera, jeśli podniesiemy temperaturę jakiegoś układu będącego w stanie równowagi, to równowaga przesunie się w stronę reakcji, podczas której temperatura maleje, tj. w stronę reakcji endotermicznej. I podobnie, jeśli obniżymy temperaturę układu w stanie równowagi, równowaga przesunie się w kierunku reakcji, w wyniku czego temperatura wzrośnie, tj. w stronę reakcji egzotermicznej.
Rozważmy na przykład następującą reakcję odwracalną i wskaż, gdzie zmieni się jej równowaga wraz ze spadkiem temperatury:
Jak widać z powyższego równania, reakcja naprzód jest egzotermiczna, tj. W wyniku jego wystąpienia wydziela się ciepło. W związku z tym reakcja odwrotna będzie endotermiczna, to znaczy zachodzi wraz z absorpcją ciepła. Zgodnie z warunkiem temperatura zostanie obniżona, dlatego równowaga przesunie się w prawo, tj. w stronę reakcji bezpośredniej.
Wpływ stężenia na równowagę chemiczną
Wzrost stężenia odczynników zgodnie z zasadą Le Chateliera powinien prowadzić do przesunięcia równowagi w stronę reakcji, w wyniku której odczynniki ulegają zużyciu, tj. w stronę reakcji bezpośredniej.
I odwrotnie, jeśli zmniejszy się stężenie reagentów, wówczas równowaga przesunie się w kierunku reakcji, w wyniku której powstają reagenty, tj. strona reakcji odwrotnej (←).
Podobny efekt ma także zmiana stężenia produktów reakcji. Jeżeli stężenie produktów wzrośnie, równowaga przesunie się w kierunku reakcji, w wyniku której produkty zostaną skonsumowane, tj. w stronę reakcji odwrotnej (←). Jeśli natomiast zmniejszy się stężenie produktów, wówczas równowaga przesunie się w stronę reakcji bezpośredniej (→), tak że stężenie produktów wzrośnie.
Wpływ ciśnienia na równowagę chemiczną
W przeciwieństwie do temperatury i stężenia, zmiany ciśnienia nie wpływają na stan równowagi każdej reakcji. Aby zmiana ciśnienia spowodowała przesunięcie równowagi chemicznej, sumy współczynników dla substancji gazowych po lewej i prawej stronie równania muszą być różne.
Te. z dwóch reakcji:
zmiana ciśnienia może wpłynąć na stan równowagi tylko w przypadku drugiej reakcji. Ponieważ suma współczynników przed wzorami substancji gazowych w przypadku pierwszego równania po lewej i prawej stronie jest taka sama (równa 2), a w przypadku drugiego równania jest inna (4 po prawej stronie) po lewej i 2 po prawej).
Z tego wynika w szczególności, że jeśli zarówno pomiędzy odczynnikami, jak i produktami nie ma substancji gazowych, wówczas zmiana ciśnienia nie będzie miała wpływu na stan obecny balansować. Na przykład ciśnienie nie będzie miało wpływu na stan równowagi reakcji:
Jeśli po lewej i prawej stronie ilość substancji gazowych będzie się różnić, to wzrost ciśnienia doprowadzi do przesunięcia równowagi w kierunku reakcji, podczas której zmniejsza się objętość gazów, a spadek ciśnienia doprowadzi do przesunięcia równowagi, w wyniku czego zwiększa się objętość gazów.
Wpływ katalizatora na równowagę chemiczną
Ponieważ katalizator w równym stopniu przyspiesza zarówno reakcje do przodu, jak i do tyłu, jego obecność lub brak nie ma żadnego efektu do stanu równowagi.
Jedyne, na co katalizator może wpływać, to szybkość przejścia układu ze stanu nierównowagi do stanu równowagi.
Wpływ wszystkich powyższych czynników na równowagę chemiczną podsumowano poniżej w ściągawce, którą można początkowo sprawdzić podczas wykonywania zadań związanych z równowagą. Nie będzie jednak możliwości wykorzystania go na egzaminie, dlatego po przeanalizowaniu kilku przykładów z jego pomocą warto się go nauczyć i przećwiczyć rozwiązywanie problemów z równowagą bez patrzenia na niego:
Oznaczenia: T - temperatura, P - ciśnienie, Z – stężenie, – wzrost, ↓ – spadek
|
T |
T - równowaga przesuwa się w stronę reakcji endotermicznej |
| ↓T - równowaga przesuwa się w stronę reakcji egzotermicznej | |
|
P |
P - równowaga przesuwa się w kierunku reakcji z mniejszą sumą współczynników przed substancjami gazowymi |
| ↓str - równowaga przesuwa się w kierunku reakcji z większą ilość współczynniki dla substancji gazowych | |
|
C |
C (odczynnik) – równowaga przesuwa się w stronę reakcji bezpośredniej (w prawo) |
| ↓c (odczynnik) – równowaga przesuwa się w stronę reakcji odwrotnej (w lewo) | |
| C (produkt) – równowaga przesuwa się w stronę reakcji odwrotnej (w lewo) | |
| ↓c (produkt) – równowaga przesuwa się w stronę reakcji bezpośredniej (w prawo) | |
| Nie wpływa na równowagę!!! |
>> Chemia: Równowaga chemiczna i metody jego wypierania W procesach odwracalnych szybkość reakcji bezpośredniej jest początkowo maksymalna, a następnie maleje ze względu na fakt, że zmniejszają się stężenia substancji wyjściowych zużywanych do tworzenia produktów reakcji. Przeciwnie, szybkość reakcji odwrotnej, początkowo minimalna, wzrasta wraz ze wzrostem stężenia produktów reakcji. Wreszcie nadchodzi moment, w którym szybkości reakcji w przód i w tył zrównują się.
Stan odwracalnego procesu chemicznego nazywa się równowagą chemiczną, jeśli szybkość reakcji naprzód jest równa szybkości reakcji odwrotnej.
Równowaga chemiczna jest dynamiczna (ruchoma), gdyż gdy zachodzi, reakcja nie zatrzymuje się, jedynie stężenia składników pozostają niezmienione, to znaczy w jednostce czasu powstaje taka sama ilość produktów reakcji, jaka jest przekształcana w substancje wyjściowe. Przy stałej temperaturze i ciśnieniu równowaga reakcji odwracalnej może być utrzymywana w nieskończoność.
W produkcji najczęściej interesuje ich preferencyjne występowanie reakcji bezpośredniej. Na przykład przy produkcji amoniaku, tlenku siarki (VI). tlenek azotu (II). Jak wyprowadzić układ ze stanu równowagi? Jak wpływa na to zmiana warunków zewnętrznych, w których zachodzi ten lub inny odwracalny proces chemiczny?
Treść lekcji notatki z lekcji ramka wspomagająca prezentację lekcji metody przyspieszania technologie interaktywne Praktyka zadania i ćwiczenia autotest warsztaty, szkolenia, case'y, zadania prace domowe dyskusja pytania retoryczne pytania uczniów Ilustracje pliki audio, wideo i multimedia fotografie, obrazy, grafiki, tabele, diagramy, humor, anegdoty, dowcipy, komiksy, przypowieści, powiedzenia, krzyżówki, cytaty Dodatki streszczenia artykuły sztuczki dla ciekawskich szopki podręczniki podstawowy i dodatkowy słownik terminów inne Udoskonalanie podręczników i lekcjipoprawianie błędów w podręczniku aktualizacja fragmentu podręcznika, elementy innowacji na lekcji, wymiana przestarzałej wiedzy na nową Tylko dla nauczycieli doskonałe lekcje planie kalendarza przez rok zalecenia metodologiczne programy dyskusyjne Zintegrowane LekcjeGłówny artykuł: Zasada Le Chateliera-Browna
Położenie równowagi chemicznej zależy od następujących parametrów reakcji: temperatury, ciśnienia i stężenia. Wpływ tych czynników na reakcję chemiczną jest zgodny ze wzorem, który został wyrażony w widok ogólny w 1885 roku przez francuskiego naukowca Le Chateliera.
Czynniki wpływające na równowagę chemiczną:
1) temperatura
Wraz ze wzrostem temperatury równowaga chemiczna przesuwa się w stronę reakcji endotermicznej (absorpcji), a gdy maleje, w stronę reakcji egzotermicznej (uwalniania).
CaCO 3 =CaO+CO 2 -Q t →, t↓ ←
N 2 +3H 2 ↔2NH 3 +Q t ←, t↓ →
2) ciśnienie
Wraz ze wzrostem ciśnienia równowaga chemiczna przesuwa się w stronę mniejszej objętości substancji, a wraz ze spadkiem ciśnienia w stronę większej objętości. Zasada ta dotyczy tylko gazów, tj. Jeśli w reakcji biorą udział ciała stałe, nie są one brane pod uwagę.
CaCO 3 =CaO+CO 2 P ←, P↓ →
1mol=1mol+1mol
3) stężenie substancji wyjściowych i produktów reakcji
Wraz ze wzrostem stężenia jednej z substancji wyjściowych równowaga chemiczna przesuwa się w stronę produktów reakcji, a wraz ze wzrostem stężenia produktów reakcji w stronę substancji wyjściowych.
S 2 +2O 2 =2SO 2 [S],[O] →, ←
Katalizatory nie wpływają na zmianę równowagi chemicznej!
Podstawowe ilościowe charakterystyki równowagi chemicznej: stała równowagi chemicznej, stopień przemiany, stopień dysocjacji, wydajność równowagi. Wyjaśnij znaczenie tych wielkości na przykładzie konkretnych reakcji chemicznych.
W termodynamice chemicznej prawo działania mas wiąże aktywności równowagowe substancji wyjściowych i produktów reakcji zgodnie z zależnością:
Aktywność substancji. Zamiast aktywności można zastosować stężenie (w przypadku reakcji w roztworze idealnym), ciśnienia cząstkowe (reakcja w mieszaninie gazów doskonałych), lotność (reakcja w mieszaninie gazów rzeczywistych);
Współczynnik stechiometryczny (ujemny dla substancji wyjściowych, dodatni dla produktów);
Stała równowagi chemicznej. Indeks dolny „a” oznacza tutaj użycie wartości aktywności we wzorze.
Skuteczność reakcji zwykle ocenia się poprzez obliczenie wydajności produktu reakcji (sekcja 5.11). Jednocześnie efektywność reakcji można także ocenić określając, jaka część najważniejszej (zwykle najdroższej) substancji zamieniła się w docelowy produkt reakcji, np. jaka część SO 2 zamieniła się w SO 3 podczas produkcja kwasu siarkowego, czyli znalezisko stopień konwersji substancja oryginalna.
Niech krótki schemat zachodzącej reakcji
Następnie stopień przemiany substancji A w substancję B (A) określa się za pomocą następującego równania
Gdzie N proreact (A) – ilość substancji odczynnika A, która przereagowała tworząc produkt B, oraz N początkowa (A) – początkowa ilość odczynnika A. 
Naturalnie stopień przekształcenia można wyrazić nie tylko ilością substancji, ale także dowolnymi proporcjonalnymi do niej wielkościami: liczbą cząsteczek (jednostek wzoru), masą, objętością.
Jeżeli odczynnika A brakuje i można pominąć utratę produktu B, wówczas stopień przemiany odczynnika A jest zwykle równy wydajności produktu B
Wyjątkiem są reakcje, w których substancja wyjściowa jest oczywiście zużywana, tworząc kilka produktów. Na przykład w reakcji
Cl2 + 2KOH = KCl + KClO + H2O
chlor (odczynnik) przekształca się w równym stopniu w chlorek potasu i podchloryn potasu. W tej reakcji, nawet przy 100% wydajności KClO, stopień przekształcenia chloru w niego wynosi 50%.
Znana ilość - stopień protolizy (sekcja 12.4) - jest szczególnym przypadkiem stopnia konwersji:
W ramach TED podobne wielkości nazywane są stopień dysocjacji kwasy lub zasady (określane również jako stopień protolizy). Stopień dysocjacji jest powiązany ze stałą dysocjacji zgodnie z prawem rozcieńczeń Ostwalda.
W ramach tej samej teorii równowaga hydrolizy charakteryzuje się stopień hydrolizy (H) i stosuje się następujące wyrażenia odnoszące je do początkowego stężenia substancji ( Z) oraz stałe dysocjacji słabych kwasów (K HA) i słabych zasad powstających podczas hydrolizy ( K MOH):
Pierwsze wyrażenie dotyczy hydrolizy soli słabego kwasu, drugie - soli słabej zasady, a trzecie - soli słabego kwasu i słabej zasady. Wszystkie te wyrażenia można stosować tylko w przypadku rozcieńczonych roztworów o stopniu hydrolizy nie większym niż 0,05 (5%).
Zazwyczaj wydajność równowagi jest określona przez znaną stałą równowagi, z którą jest ona powiązana w każdym konkretnym przypadku pewnym stosunkiem.
Wydajność produktu można zmieniać poprzez przesuwanie równowagi reakcji w procesach odwracalnych, pod wpływem takich czynników jak temperatura, ciśnienie, stężenie.
Zgodnie z zasadą Le Chateliera, podczas prostych reakcji równowagowy stopień przemiany wzrasta wraz ze wzrostem ciśnienia, a w pozostałych przypadkach objętość mieszaniny reakcyjnej nie zmienia się, a wydajność produktu nie zależy od ciśnienia.
Wpływ temperatury na wydajność równowagi, a także na stałą równowagi, określa znak efektu termicznego reakcji.
Aby uzyskać więcej pełna ocena w procesach odwracalnych wykorzystuje się tzw. wydajność teoretyczną (wydajność z równowagi), równą stosunkowi faktycznie otrzymanego produktu do ilości, która zostałaby uzyskana w stanie równowagi.
Dysocjacja termiczna, substancja chemiczna
reakcja odwracalnego rozkładu substancji spowodowana wzrostem temperatury.
W przypadku Etc. z jednej substancji powstaje kilka (2H2H+ OCaO + CO) lub jedna prostsza substancja
Równowaga itp. ustalana jest zgodnie z prawem działania mas. To
można scharakteryzować albo stałą równowagi, albo stopniem dysocjacji
(stosunek liczby rozpadających się cząsteczek do całkowitej liczby cząsteczek). W
W większości przypadków itp. towarzyszy absorpcja ciepła (wzrost
entalpia
DN>0); zatem zgodnie z zasadą Le Chateliera-Browna
ogrzewanie go wzmacnia, określa się stopień przemieszczenia itp. wraz z temperaturą
wartość bezwzględna DN. Ciśnienie zakłóca itp., Im silniej, tym większe
zmiana (wzrost) liczby moli (Di) substancji gazowych
stopień dysocjacji nie zależy od ciśnienia. Jeśli ciała stałe nie są
tworzą roztwory stałe i nie są w stanie silnie rozproszonym,
wówczas ciśnienie itp. jest jednoznacznie określane przez temperaturę. Aby wdrożyć T.
d. ciała stałe (tlenki, krystaliczne hydraty itp.)
ważne, żeby wiedzieć
temperatura, w której ciśnienie dysocjacji staje się równe zewnętrznemu (w szczególności
ciśnienie atmosferyczne. Ponieważ uwolniony gaz może pokonać
ciśnienie środowisko, następnie po osiągnięciu tej temperatury następuje proces rozkładu
natychmiast się nasila.
Zależność stopnia dysocjacji od temperatury: stopień dysocjacji rośnie wraz ze wzrostem temperatury (wzrost temperatury prowadzi do wzrostu energii kinetycznej rozpuszczonych cząstek, co sprzyja rozpadowi cząsteczek na jony) 
Stopień konwersji substancji wyjściowych i wydajność równowagowa produktu. Metody ich obliczania w zadanej temperaturze.
Jakie dane są do tego potrzebne? 
Podaj schemat obliczania dowolnej z tych ilościowych cech równowagi chemicznej na dowolnym przykładzie. 
Stopień konwersji to ilość przereagowanego odczynnika podzielona przez jego pierwotną ilość. Dla najprostszej reakcji, gdzie jest to stężenie na wlocie do reaktora lub na początku procesu okresowego, jest to stężenie na wylocie z reaktora lub bieżący moment procesu okresowego. W przypadku dobrowolnej odpowiedzi, np. 
Rys. 1 Im większe zużycie odczynnika, określone wartością stałej szybkości, tym szybciej narasta stopień konwersji, jak pokazano na rysunku. Jeśli reakcja jest odwracalna, to w miarę jak reakcja dąży do równowagi, stopień konwersji dąży do wartości równowagi, której wartość zależy od stosunku stałych szybkości reakcji do przodu i do tyłu (do stałej równowagi) (ryc. 2). 
Rys. 2 Wydajność produktu docelowego Wydajność produktu to ilość faktycznie otrzymanego produktu docelowego podzielona przez ilość tego produktu, która zostałaby otrzymana, gdyby cały odczynnik przeszedł do tego produktu (do maksymalnej możliwej ilości otrzymany produkt). Lub (poprzez odczynnik): ilość odczynnika faktycznie przekształcona w produkt docelowy podzielona przez początkową ilość odczynnika. W przypadku najprostszej reakcji wydajność wynosi , i pamiętając, że w przypadku tej reakcji 
, tj. W przypadku najprostszej reakcji wydajność i stopień konwersji mają tę samą wartość. Jeżeli przemiana następuje ze zmianą np. ilości substancji, to zgodnie z definicją w obliczonym wyrażeniu należy uwzględnić współczynnik stechiometryczny. Zgodnie z pierwszą definicją, urojona ilość produktu otrzymana z całej początkowej ilości odczynnika będzie dla tej reakcji dwukrotnie mniejsza od początkowej ilości odczynnika, tj. oraz wzór obliczeniowy. Zgodnie z drugą definicją, ilość odczynnika faktycznie przeniesiona do docelowego produktu będzie dwukrotnie większa niż ten produkt powstał, tj. , to wzór obliczeniowy to . Oczywiście oba wyrażenia są takie same. Dla bardziej złożonej reakcji wzory obliczeniowe zapisuje się dokładnie w ten sam sposób, zgodnie z definicją, z tym że w tym przypadku wydajność nie jest już równa stopniowi konwersji. Na przykład dla reakcji 
. Jeśli w reakcji bierze udział kilka reagentów, wydajność można obliczyć dla każdego z nich; jeśli jest także kilka produktów docelowych, wówczas wydajność można obliczyć dla dowolnego produktu docelowego dla dowolnego odczynnika. Jak widać ze struktury wzoru obliczeniowego (mianownik zawiera wartość stałą), zależność wydajności od czasu reakcji wyznaczana jest przez zależność stężenia docelowego produktu od czasu. Na przykład dla reakcji 
zależność ta wygląda jak na rys. 3. 
Ryc.3
Stopień konwersji jako ilościowa cecha równowagi chemicznej. Jak wzrost całkowitego ciśnienia i temperatury wpłynie na stopień konwersji odczynnika ... w reakcji w fazie gazowej: ()?
Uzasadnij swoją odpowiedź i zastosuj odpowiednie wyrażenia matematyczne.
Pojęcie równowagi chemicznej Za stan równowagi uważa się stan układu, który pozostaje niezmieniony i stan ten nie jest spowodowany działaniem żadnego siły zewnętrzne . Nazywa się stan układu reagujących substancji, w którym szybkość reakcji naprzód staje się równa szybkości reakcji odwrotnej równowaga chemiczna . Ta równowaga jest również nazywana przenośny m lub dynamiczny
balansować.
Oznaki równowagi chemicznej
1. Stan systemu pozostaje niezmienny w czasie przy zachowaniu warunków zewnętrznych.
2. Równowaga jest dynamiczna, to znaczy jest spowodowana występowaniem reakcji do przodu i do tyłu z tą samą szybkością.
3. Jakikolwiek wpływ zewnętrzny powoduje zmianę równowagi układu; jeśli wpływ zewnętrzny zostanie usunięty, system powraca do pierwotnego stanu.
4. Do stanu równowagi można podchodzić z dwóch stron - zarówno od strony substancji wyjściowych, jak i od strony produktów reakcji.
5. W stanie równowagi energia Gibbsa osiąga minimalną wartość.
Zasada Le Chateliera Określa się wpływ zmian warunków zewnętrznych na położenie równowagi (Zasada Le Chateliera zasada ruchomej równowagi):
Jeśli na układ znajdujący się w stanie równowagi zostanie zastosowany jakiś wpływ zewnętrzny, to w układzie ten kierunek procesu, który osłabia efekt tego wpływu, zostanie wzmocniony, a położenie równowagi przesunie się w tym samym kierunku.
Zasada Le Chateliera dotyczy nie tylko procesów chemicznych, ale także fizycznych, takich jak wrzenie, krystalizacja, rozpuszczanie itp. Rozważ wpływ różne czynniki
dla równowagi chemicznej na przykładzie reakcji utleniania NO: 2 NIE (g) + O 2(g) 2 NIE 2(g) ; H o 298 =
- 113,4 kJ/mol.
Wpływ temperatury na równowagę chemiczną
Wraz ze wzrostem temperatury równowaga przesuwa się w stronę reakcji endotermicznej, a wraz ze spadkiem temperatury w stronę reakcji egzotermicznej. Stopień przesunięcia równowagi jest określony przez wartość bezwzględną efektu cieplnego: im większa wartość bezwzględna entalpia reakcji
H, tym większy wpływ temperatury na stan równowagi. W rozważanej reakcji syntezy tlenku azotu (IV
Wpływ ciśnienia na równowagę chemiczną
Sprężanie przesuwa równowagę w kierunku procesu, któremu towarzyszy zmniejszenie objętości substancji gazowych, natomiast spadek ciśnienia przesuwa równowagę w kierunku przeciwnym. W rozważanym przykładzie po lewej stronie równania znajdują się trzy objętości, a po prawej dwie. Ponieważ wzrost ciśnienia sprzyja procesowi zachodzącemu ze spadkiem objętości, gdy ciśnienie wzrośnie, równowaga przesunie się w prawo, tj. w kierunku produktu reakcji – NO 2 . Spadek ciśnienia przesunie równowagę do odwrotna strona. Należy zauważyć, że jeśli w równaniu reakcji odwracalnej liczba cząsteczek substancji gazowych po prawej i lewej stronie jest równa, to zmiana ciśnienia nie wpływa na położenie równowagi.
Wpływ stężenia na równowagę chemiczną
Dla rozważanej reakcji wprowadzenie do układu równowagi dodatkowych ilości NO lub O2 powoduje przesunięcie równowagi w kierunku, w którym zmniejsza się stężenie tych substancji, w związku z tym następuje przesunięcie równowagi w kierunku powstawania NIE 2 . Zwiększona koncentracja NIE 2 przesuwa równowagę w stronę substancji wyjściowych.
Katalizator w równym stopniu przyspiesza reakcje do przodu i do tyłu, a zatem nie wpływa na przesunięcie równowagi chemicznej.
Po wprowadzeniu do układu równowagi (przy P = const ) gazu obojętnego, stężenia odczynników (ciśnienia cząstkowe) maleją. Ponieważ rozważany jest proces utleniania NIE idzie ze zmniejszeniem głośności, a następnie podczas dodawania
Stała równowagi chemicznej
Dla reakcji chemicznej:
dla równowagi chemicznej na przykładzie reakcji utleniania NO: (g) + O2 (g) 2NO 2(g)
stała reakcji chemicznej K c jest stosunkiem:
(12.1)
W tym równaniu w nawiasach kwadratowych podano stężenia reagujących substancji ustalone w równowadze chemicznej, tj. stężenia równowagowe substancji.
Stała równowagi chemicznej jest powiązana ze zmianą energii Gibbsa równaniem:
G T o = – RTlnK . (12.2).
Przykłady rozwiązywania problemów
W określonej temperaturze stężenia równowagowe w układzie 2CO (g) + O 2(g)2CO 2 (g) wynosiło: = 0,2 mol/l, = 0,32 mol/l, = 0,16 mol/l. Wyznacz stałą równowagi w tej temperaturze oraz początkowe stężenia CO i O 2 , jeśli pierwotna mieszanina nie zawierała CO 2 .
.
2CO (g) + O2(g)2CO 2 lit. d).
W drugim wierszu „proreact” odnosi się do stężenia przereagowanych substancji wyjściowych i stężenia powstałego CO2 , i, z początkowym = z reakcją + z równym .
Korzystając z danych referencyjnych obliczyć stałą równowagi procesu3H 2 (G) + N 2 (G) 2NH 3 (G) w 298 K.
G 298 o = 2·( - 16,71) kJ = -33,42 10 3 J.
G T o = - RTlnK.
lnK = 33,42 10 3 /(8,314 × 298) = 13,489. K = 7,21× 10 5 .
Wyznacz równowagowe stężenie HI w układzieH 2(g) + I 2(g) 2HI (G) ,
jeśli w określonej temperaturze stała równowagi wynosi 4, a początkowe stężenia H2, I2 i HI są równe odpowiednio 1, 2 i 0 mol/l.
Rozwiązanie. Niech x mol/l H2 przereaguje w pewnym momencie.
.
Rozwiązując to równanie, otrzymujemy x = 0,67.
Oznacza to, że stężenie równowagowe HI wynosi 2 × 0,67 = 1,34 mol/l.
Korzystając z danych referencyjnych, określ temperaturę, w której stała równowagi procesu wynosi: H 2 (g) + HCOH (d)CH3OH (d) staje się równe 1. Załóżmy, że H o T » H o 298 i S o T "S o 298.Jeśli K = 1, to G o T = - RTlnK = 0;
Idź T » N około 298 - T D Więc 298 . Następnie ;
N około 298 = -202 – (- 115,9) = -86,1 kJ = - 86,1 × 10 3 J;
S o 298 = 239,7 – 218,7 – 130,52 = -109,52 J/K;
DO.
Rozwiązanie. Niech x mol/l SO 2 przereaguje w pewnym momencie.
WIĘC 2(G) + Cl2(G)SO2Cl 2(G)
Następnie otrzymujemy:
.
Rozwiązując to równanie, znajdujemy: x 1 = 3 i x 2 = 1,25. Ale x 1 = 3 nie spełnia warunków zadania.
Zatem = 1,25 + 1 = 2,25 mol/l.
Problemy do samodzielnego rozwiązania
12.1. W której z poniższych reakcji wzrost ciśnienia przesunie równowagę w prawo? Uzasadnij odpowiedź.
1) 2NH 3 (g) 3 H 2 (g) + N 2 (d)
2) ZnCO 3 (k) ZnO (k) + CO 2 (d)
3) 2HBr (g) H2 (g) + Br 2 (w)
4) CO2 (g) + C (grafit) 2CO (g)
12.2.W określonej temperaturze stężenia równowagowe w układzie
2HBr (g) H2 (g) + Br 2 (d)
wynosiły: = 0,3 mol/l, = 0,6 mol/l, = 0,6 mol/l. Wyznacz stałą równowagi i początkowe stężenie HBr.
12.3.Dla reakcji H2(g)+S (d) H2S (d) w pewnej temperaturze stała równowagi wynosi 2. Określ stężenia równowagi H 2 i S, jeśli początkowe stężenia H 2, S i H 2 S są równe odpowiednio 2, 3 i 0 mol/l.
Jeśli warunki zewnętrzne proces chemiczny nie ulegają zmianie, wówczas stan równowagi chemicznej można utrzymać w nieskończoność. Zmieniając warunki reakcji (temperatura, ciśnienie, stężenie) można to osiągnąć przesunięcie lub przesunięcie równowagi chemicznej w wymaganym kierunku.
Przesunięcie równowagi w prawo prowadzi do wzrostu stężenia substancji, których wzory znajdują się po prawej stronie równania. Przesunięcie równowagi w lewo spowoduje wzrost stężenia substancji, których wzory znajdują się po lewej stronie. W takim przypadku układ przejdzie do nowego stanu równowagi, charakteryzującego się inne wartości stężeń równowagowych uczestników reakcji.
Przesunięcie równowagi chemicznej spowodowane zmianą warunków podlega zasadzie sformułowanej w 1884 roku przez francuskiego fizyka A. Le Chateliera (zasada Le Chateliera).
Zasada Le Chateliera:jeśli na układ będący w stanie równowagi chemicznej ulegnie jakiemukolwiek wpływowi, np. poprzez zmianę temperatury, ciśnienia czy stężenia odczynników, wówczas równowaga przesunie się w kierunku reakcji, która osłabi efekt .
Wpływ zmian stężenia na zmianę równowagi chemicznej.
Zgodnie z zasadą Le Chateliera Wzrost stężenia któregokolwiek z uczestników reakcji powoduje przesunięcie równowagi w kierunku reakcji, co prowadzi do zmniejszenia stężenia tej substancji.
Wpływ koncentracji na stan równowagi podlega następującym zasadom:
Wraz ze wzrostem stężenia jednej z substancji wyjściowych wzrasta szybkość reakcji postępowej, a równowaga przesuwa się w kierunku tworzenia produktów reakcji i odwrotnie;
Wraz ze wzrostem stężenia jednego z produktów reakcji wzrasta szybkość reakcji odwrotnej, co prowadzi do przesunięcia równowagi w kierunku tworzenia substancji wyjściowych i odwrotnie.
Na przykład, jeśli w układzie równowagi:
SO 2 (g) + NO 2 (g) SO 3 (g) + NO (g)
zwiększyć stężenie SO 2 lub NO 2, wówczas zgodnie z prawem działania mas prędkość reakcji bezpośredniej wzrośnie. Doprowadzi to do przesunięcia równowagi w prawo, co doprowadzi do zużycia substancji wyjściowych i wzrostu stężenia produktów reakcji. Nowy stan równowagi zostanie ustalony przy nowych równowagowych stężeniach substancji wyjściowych i produktów reakcji. Gdy stężenie np. jednego z produktów reakcji spadnie, układ będzie reagował w taki sposób, aby zwiększyć stężenie produktu. Zaletą będzie reakcja bezpośrednia, prowadząca do wzrostu stężenia produktów reakcji.
Wpływ zmian ciśnienia na przesunięcie równowagi chemicznej.
Zgodnie z zasadą Le Chateliera wzrost ciśnienia prowadzi do przesunięcia równowagi w kierunku powstawania mniejszej liczby cząstek gazowych, tj. w kierunku mniejszej objętości.
Na przykład w reakcji odwracalnej:
2NO 2 (g) 2NO (g) + O 2 (g)
z 2 moli NO 2 powstają 2 mole NO i 1 mol O 2. Współczynniki stechiometryczne przed wzorami substancji gazowych wskazują, że wystąpienie reakcji w przód prowadzi do wzrostu liczby moli gazów, a wystąpienie reakcji odwrotnej, wręcz przeciwnie, zmniejsza liczbę moli substancji gazowej substancja. Jeśli na taki układ zostanie wywarty wpływ zewnętrzny, np. poprzez zwiększenie ciśnienia, to układ zareaguje w taki sposób, aby ten wpływ osłabić. Ciśnienie może spaść, jeżeli równowaga danej reakcji przesunie się w stronę mniejszej liczby moli substancji gazowej, a co za tym idzie mniejszej objętości.
Przeciwnie, wzrost ciśnienia w tym układzie wiąże się z przesunięciem równowagi w prawo – w kierunku rozkładu NO 2, co powoduje wzrost ilości substancji gazowej.
Jeżeli liczba moli substancji gazowych przed i po reakcji pozostaje stała, tj. objętość układu nie zmienia się podczas reakcji, wówczas zmiana ciśnienia w równym stopniu zmienia szybkość reakcji do przodu i do tyłu i nie wpływa na stan równowagi chemicznej.
Na przykład w reakcji:
H 2 (g) + Cl 2 (g) 2HCl (g),
całkowita liczba moli substancji gazowych przed i po reakcji pozostaje stała, a ciśnienie w układzie nie ulega zmianie. Równowaga w tym układzie nie zmienia się pod wpływem zmiany ciśnienia.
Wpływ zmian temperatury na przesunięcie równowagi chemicznej.
W każdej reakcji odwracalnej jeden z kierunków odpowiada procesowi egzotermicznemu, a drugi procesowi endotermicznemu. Zatem w reakcji syntezy amoniaku reakcja naprzód jest egzotermiczna, a reakcja odwrotna jest endotermiczna.
N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) + Q (-ΔH).
Kiedy zmienia się temperatura, zmieniają się szybkości reakcji zarówno do przodu, jak i do tyłu, jednak zmiana szybkości nie występuje w takim samym stopniu. Zgodnie z równaniem Arrheniusa reakcja endotermiczna charakteryzuje się wielka wartość energie aktywacji.
Dlatego też, aby ocenić wpływ temperatury na kierunek przesunięcia równowagi chemicznej, konieczna jest znajomość efektu cieplnego procesu. Można go wyznaczyć eksperymentalnie, np. za pomocą kalorymetru, lub obliczyć w oparciu o prawo G. Hessa. Należy to zauważyć zmiana temperatury prowadzi do zmiany wartości stałej równowagi chemicznej (K p).
Zgodnie z zasadą Le Chateliera Wzrost temperatury przesuwa równowagę w kierunku reakcji endotermicznej. Wraz ze spadkiem temperatury równowaga przesuwa się w stronę reakcji egzotermicznej.
Zatem, wzrost temperatury w reakcji syntezy amoniaku doprowadzi do przesunięcia równowagi w kierunku endotermicznym reakcje, tj. w lewo. Zaletą jest reakcja odwrotna, która zachodzi wraz z absorpcją ciepła.
