Влияние катализатора на равновесие

Введение катализатора в равновесную систему не изменяет положение химического равновесия, так как катализатор в одинаковой мере увеличивает скорость прямой и обратной реакций. Однако роль катализаторов при проведении обратимых реакций очень высока. При низких температурах в силу малых скоростей прямой и обратной реакций, равновесие часто устанавливается очень медленно. Поэтому приходится ждать долгое время, чтобы добиться получения необходимых количеств продуктов реакции. Повышение температуры для этой цели не всегда приемлемо. Если реакция экзотермична, то равновесие сместится в сторону исходных веществ. Применение же катализатора позволяет ускорить наступление равновесия, не повышая температуры, и получить необходимые продукты реакции в нужном количестве.

Пример 1. Константа равновесия гомогенной системы A _(Г) + B _(Г) Á 2 C _(Г) равна 0, 5. Вычислите равновесные концентрации реагирующих веществ, если начальные концентрации равны C_0А = 3 моль/л, С_0В = 5 моль/л.

Решение

Пусть к моменту установления равновесия начальные концентрации C_0А и С_0В уменьшится на х молей. Так как из одного моля А и В образуется 2 моля вещества С, то ∆ C_С = 2 x моль/л. В начальный момент вещества С не было. Составим таблицу изменения концентраций:

В выражение константы равновесия входят равновесные концентрации веществ:

.

Подставив значения, получим:

;

; = 1 моль/л.

Таким образом, искомые равновесные концентрации равны:

С_А = 3 – 1 = 2 моль/л; С_В = 5 – 1 = 4 моль/л; С_С = 2∙ 1 = 2 моль/л.

Пример 2. В процессе синтеза аммиака N₂ + 3H₂ Á 2NH₃ равновесие установилось при следующих концентрациях веществ (моль/л): = 2, 5; = 1, 8; =3, 6. Рассчитайте константу равновесия реакции и исходные концентрации азота и водорода. Начальная концентрация аммиака равна нулю.