Главная страница Случайная страница
Разделы сайта
АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
Химическое равновесие. Смещение химического равновесия
|
|
Содержание темы: Обратимые и необратимые процессы. Условия установления равновесия в системах (кинетическое и термодинамическое). Признаки состояния химического равновесия. Количественная характеристика состояния химического равновесия, константа равновесия. Энергия Гиббса и константа равновесия. Динамический характер химического равновесия. Влияние концентрации веществ, давления, температуры, катализатора на состояние равновесия. Сдвиг равновесия. Принцип Ле Шателье. Химическое равновесие в гетерогенных системах.
Необходимые умения: записывать выражение константы равновесия для различных систем. Использовать принцип Ле Шателье для определения направления сдвига равновесия при изменении условий,
При протекании химической реакции концентрации исходных веществ уменьшаются; в соответствии с законом действия масс, это приводит к уменьшению скорости реакции. Если реакция обратима, т.е. может протекать как в прямом, так, и в обратном направлениях, то с течением времени скорость обратной реакции будет возрастать, так как увеличиваются концентрации продуктов реакции. Когда скорости прямой и обратной реакций становятся одинаковыми, наступает состояние химического равновесия и дальнейшего изменения концентраций участвующих в реакции веществ не происходит.
В случае обратимой химической реакции:
A + B ↔ C + D
зависимость скоростей прямой (υ пр) и обратной (υ обр) реакций от концентраций реагирующих веществ выражается соотношениями:
υ пр = k[A][B]; υ обр = k[C][D].
В состоянии химического равновесия υ пр = υ обр, т.е.:
υ пр = kпр[A][B]; υ обр = kобр[C][D].
Откуда:
kпр / kобр = [C][D] / [A][B] = К, (1)
где K - константа равновесия.
Концентрации, входящие в выражение константы равновесия, называются равновесными концентрациями. Константа равновесия - постоянная при данной температуре величина, выражающая соотношение между равновесными концентрациями продуктов реакции (числитель) и исходных веществ (знаменатель). Чем больше константа равновесия, тем " глубже" протекает прямая реакция, то есть тем больше выход ее продуктов.
В общем случае, для химической реакции, протекающей по схеме:
aA + bВ +...= cC + dD +....
справедливо выражение для константы равновесия:
K = [C]c [D]d / [A]a [B]b (2)
В выражение константы равновесия гетерогенной реакции, как и в выражение закона действия масс, входят только концентрации веществ, находящихся в жидкой или газообразной фазе, так как концентрации твердых веществ остаются, как правило, постоянными.
П р и м е р 1. В системе: А(г) + 2B(г) ↔ С(г) равновесные концентрации равны (моль/л): [A] = 0, 6; [B] = 1, 2; [C] = 2, 16. Определите константу равновесия реакции и исходные концентрации веществ A и B.
Решение: Константа равновесия этой реакции выражается уравнением:
K = [C] / [A][B]2
Подставляя в него данные из условия задачи, получаем:
K = 2, 16 / 0, 6 . 1, 22 = 2, 5
Для нахождения исходных концентраций веществ А и В учтем, что, согласно уравнению реакции, из 1 моля вещества А и 2 молей вещества В образуется 1 моль вещества С. Поскольку по условию задачи в каждом л системы образовалось 2, 16 моля вещества С, то при этом было израсходовано 2, 16 моля вещества А и 2, 16 . 2 = 4, 32 моля вещества В. Таким образом, искомые исходные концентрации равны:
[А]исх. = 0, 6 + 2, 16 = 2, 76 моль/л;
[B]исх. = 1, 2 + 4, 32 = 5, 52 моль/л
При изменении условий протекания реакции (температуры, давления, концентрации какого-либо из участвующих в реакции веществ) скорости прямого и обратного процессов изменяются неодинаково, и химическое равновесие нарушается. В результате преимущественного протекания реакции в одном из возможных направлений устанавливается состояние нового химического равновесия, отличающееся от исходного. Процесс перехода от одного равновесного состояния к новому равновесию называется смещением химического равновесия.
Направление этого смещения подчиняется принципу Ле-Шателье: если на систему, находящуюся в состоянии химического равновесия, оказать какое-либо воздействие, то равновесие сместится в таком направлении, что оказанное воздействие будет ослаблено.
Так, повышение температуры приводит к смещению равновесия в направлении реакции, сопровождающейся поглощением теплоты, т.е. охлаждением системы; повышение давления вызывает смещение равновесия в направлении уменьшения общего числа молей газообразных веществ, то есть в направлении, приводящем к понижению давления; удаление из системы одного из продуктов реакции ведет к смещению равновесия в сторону прямой реакции; уменьшение концентрации одного из исходных веществ приводит к смещению равновесия в направлении обратной реакции.
П р и м е р 2. В каком направлении сместится равновесие в системах:
а) CO(г) + Cl2(г) ↔ СOCl2(г);
б) H2(г) + I2(г) ↔ 2HI(г),
если при неизменной температуре увеличить давление путем уменьшения объема газовой смеси?
Решение:
а) протекание реакции в прямом направлении приводит к уменьшению общего числа молей газов, т.е. к уменьшению давления в системе. Поэтому, согласно принципу Ле-Шателье, повышение давления вызывает смещение равновесия в сторону прямой реакции.
б) протекание реакции не сопровождается изменением числа молей газов и не проводит, следовательно, к изменению давления. В этом случае изменение давления не вызывает смещения равновесия.
|
|