§ 2. Обратимые химические реакции. Химическое равновесие. Константа химического равновесия

Все химические реакции можно разделить на обратимыеинеобратимые.

Необратимыминазываются реакции, которые протекают практические только в одном направлении и приводят к полно­му израсходованию исходных веществ. К необратимым отно­сятся реакции, сопровождающиесявыпадением осадка, выделе­нием газа. образованием слабодиссоииирующего вещества.

Обратимыми называются реакции, которые идут одновре­менно в прямом и обратном направлениях.В обратимых реакци­ях молекулы образовавшихся веществ вступают во взаимодейст­вие между собой, вновь образуя исходные вещества. Обрати­мость химических процессов выражается знаком « », который показывает, что одновременно протекают как прямая реакция со скоростью V |, так и обратная со скоростьюV₂:

rnA + пВ рС +qD.

^v2

Согласно закону действия масс напишем выражения скоро­стей прямой и обратной реакций:

скорость прямой реакции Vi =kj [A]^m ■[B]ⁿ; скорость обратной реакцииV₂ =k₂ [С]^р■[D]⁴.

Скорость прямой реакции Vi с течением времени уменьшает­ся, так как концентрации веществ А и В становятся все меньше и меньше. Скорость обратной реакцииV₂ в первоначальный момент была равна0, однако со временем она возрастает, так как увели­чиваются концентрации веществ С иD. Когда скорости прямой и обратной реакций становятся равны между собой и перестают изменяться, наступает химическое равновесие: V! =V₂.

Химическое равновесие— это такоединамическое состояниесистемы, при котором скорости прямой и обратной реакций равны и химический состав системы при данных условиях оста­ется постоянным. При химическом равновесии V] = V₂, следо­вательно,

k, [А]^т■ [В]^п= к₂[С]^р•[D]⁴, откуда:

™1Л₌к приt =const.

[A]^m[B]ⁿ k₂ ^равн

Это соотношение называют выражением константы равнове­сияКр_авнили законом действия масс для равновесной системы. Константа химического равновесия показывает, во сколько раз произведение концентраций продуктов реакции больше произ­ведения концентраций исходных веществ в состоянии химиче­ского равновесия. Чем больше арифметическая величина К_раВн, тем больше концентрация конечных продуктов в момент хими­ческого равновесия.

Примером обратимого химического процесса может слу­жить реакция получения иодистого водорода: Н₂+I₂ —>2HI. Возможно также получение водорода и йода из иодистого во­дорода:2HI —>Н₂+ 1₂. Что бы мы не взяли в качестве исходного вещества, при температуреt = 500°С через 100 минут наступает химическое равновесие, и мы будем иметь следующий состав реакционной смеси: 11% Н₂, 11% 1₂и 78%HI (объемные процен­ты), Сколько бы времени еще ни прошло, если не изменятся ус­ловия, состав реакционной смеси останется прежним.

Вопросы для самопроверки

1. Какие реакции называются обратимыми, необратимыми?

2. Чем характеризуется состояние химического равновесия?

3. Какое выражение будет иметь константа равновесия для

следующей гетерогенной системы FeO + СО ^Fe + С0₂:

К - [Fe] [Cl₂] . _к_[С0₂],_к__ [СО]_?^р[FeO]'[СО] ’^р[СО]’ ^р [С0₂]'

4. Какое из приведенных равенств выражает константу рав­новесия системы 4НС1 + 0₂2Н₂0 + 2С1₂:

_[Н₂0]-[С1₂].[Н-,0]² -[С1₂]²■ ^[НС1]⁴-[0₂]^р[НС1]-[0₂] ’^р[НС1]⁴-[0₂]^р[Н₂0]²-[С1₂]²

5. Даны четыре значения констант равновесия. Выберите, при каком из них концентрация продуктов реакции в момент хими­ческого равновесия будет наибольшей: 64; 19; 1; 0,8.