5.4. Смещение химического равновесия. Принцип Ле Шателье

Химическое равновесие, отвечающее минимуму энергии Гиббса (G = 0), является наиболее устойчивым состоянием системы при данных условиях. Изменение условий равновесия может его нарушить, в результате чего реакция начинает протекать в прямом или обратном направлении (при этом говорят, что равновесие смещается в сторону прямой или обратной реакции). Через некоторое время система вновь становится равновесной с новыми равновесными концентрациями всех реагирующих веществ. Направление смещения равновесия определяется принципом Ле Шателье: если на систему, находящуюся в равновесии, подействовать извне, то равновесие смещается в том направлении, которое ослабляет это воздействие. Проиллюстрируем принцип смещения равновесия на следующих примерах.

Пример 7. В каком направлении должно смещаться равновесие реакции

N₂O_{4 (г)} ⇆ 2NO_{2 (г)} , H° = 58,0 кДж

при а) добавлении N₂O₄; б) удалении NO₂; в) повышении давления; г) увеличении температуры?

Решение. Согласно принципу Ле Шателье:

а) при добавлении N₂O₄ равновесие должно сместиться в направлении реакции, в результате которой концентрация этого вещества должна уменьшиться, т.е. в сторону прямой реакции ();

б) при удалении NO₂ из системы равновесие будет смещаться в направлении того процесса, в результате которого образуется дополнительное количество NO₂ (вправо );

в) при повышении давления равновесие смещается в направлении процесса, идущего с уменьшением объема (уменьшения числа молекул газа), т.е. в сторону обратного процесса (←);

г) при повышении температуры равновесие смещается в направлении реакции, идущей с поглощением теплоты (эндотермической, H > 0), т.е. вправо ().

Пример 8. Определите, как изменится константа равновесия рассматриваемой реакции при изменении температуры:

N₂ + 3H₂ ⇆ 2NH₃ , H^о_х.р. = 92,4 кДж.

Решение. Процесс синтеза аммиака является экзотермическим (H^O<0). Следовательно, согласно принципу Ле Шателье, при повышении температуры равновесие сместится в сторону реакции, идущей с поглощением теплоты, обратной реакции, т. е. в сторону образования дополнительных количеств реагентов (N₂ ,H₂). При этом К уменьшается. При понижении температуры К увеличивается, а равновесие смещается в направлении роста концентрации аммиака.

Пример 9. Для обратимой реакции

3CuO(т) + 2NH₃(г) ⇆ 3Cu(т) + N₂(г) + 3H₂O(г); ∆H^о = –240 кДж,

запишите математическое выражение константы равновесия и перечислите факторы, приводящие к смещению равновесия вправо.

Решение. Согласно выражению 5.1: .

Напоминаем, что в выражение константы равновесия гетерогенной реакции входят только концентрации газообразных веществ, так как концентрации твердых веществ остаются, как правило, постоянными.

1. Протекание реакции вправо приводит к увеличению общего числа молей газов, поэтому, согласно принципу Ле Шателье, давление надо понизить.

2. Так как прямая реакция протекает с выделением теплоты (∆Hº 0), то температуру надо понижать.

3. Можно увеличить концентрацию NH₃ или уменьшить концентрации N₂ и H₂O.

Тема 5. Химическое равновесие

Вопросы для самопроверки

1. В обратимой реакции A + 2B ⇆ D + C равновесные концентрации реагирующих газов равны: [A] = 0,06; [B] = 0,12; [C] = 0,216 моль/л. Рассчитайте константу равновесия реакции и начальную концентрацию В.

Как изменится значение константы равновесия при повышении давления

(1 – увеличится, 2 – уменьшится, 3 – не изменится)

2. С ростом температуры значение константы равновесия реакции

Н₂О(г)DН₂+½О₂возрастает. Каков знак∆Н^о этой реакции?

1) ∆Н^о  0; 2) ∆Н^о  0; 3) По данным задачи нельзя определить.

3. Для обратимой реакции 2SO₂+O₂D2SO₃(г);DH^о = –198,8 кДж

установите соответствие между внешним воздействием и его влиянием на смещение равновесия:

	Внешние воздействия		Смещение равновесия
А)	Повышение температуры	1)	В сторону продуктов
Б)	Увеличение давления	2)	В сторону реагентов
В)	Повышение концентрации O2	3)	Не смещается
Г)	Поглощение сорбентом SO3
Д)	Введение катализатора

Ответ приведите набором пяти цифр без пробелов и запятых между ними.

4. Как изменяется константа равновесия при повышении температуры для реакции:

CO(г) + H₂O(г) = H₂(г) + CO₂(г) ∆Н^о=41 кДж?

1) не изменяется 2) увеличивается 3) уменьшается

5. В каком направлении смещается равновесие обратимой эндотермической реакции при повышении температуры:

2SO₃ (г) ⇆ 2SO₂(г) + O₂(г)?

1) вправо 2) влево 3) не смещается

6. Укажите, равновесие каких реакций

1) NH₄NO₃(т) D N₂O(г) + 2H₂O(г); ∆Н^о = –767 кДж;

2) 2H₂(г) + O₂(г) D 2H₂O(г); ∆Н^о = –483,6 кДж;

3) N₂(г) + O₂(г) D 2NO(г); ∆H^о = 180 кДж;

4) I₂(к) + H₂S(г) D 2HI(г) + S(т); ∆Н^о = 30 кДж;

смещается влево: при повышении температуры

при уменьшении давления