§ 3. Смещение химического равновесия. Принцип Ле-Шателье

Химическое равновесие сохраняется при данных неизменных условиях как угодно долго. Однако изменение концентрации реа­гирующих веществ, а также температуры или давления, приводит к смещению химического равновесия. Направление смещения равновесия в таком случае определятся принципом Ле-Шателье: «Если на систему, находящуюся в состоянии равновесия, ока­зать воздействие извне (изменить концентрацию С, темпера­туруt или давление Р), то равновесие сместится в направлении той реакции, которая ослабляет это воздействие». Применим принцип Ле-Шателье для следующей равновесной системы:

ЗН₂+N₂ 2NH₃₎ ДН = -92 кДж.

1. Влияние на равновесие изменения концентраций.Для сме­щения равновесия в сторону прямой реакции (вправо) необходи­мо или увеличить концентрацию одного из исходных веществ, или уменьшить концентрацию одного из продуктов реакции.В разбираемом примере, если увеличить концентрацию водорода Н₂или азотаN₂, равновесие сместится вправо и соответственно возрастет концентрация аммиакаNH₃, после чего вновь устано­вится химическое равновесие. При увеличении концентрации продукта реакции (аммиакаNH₃) равновесие сместится в сторо­ну обратной реакции (влево) и возрастет концентрация исход­ных веществ (водорода Н₂и азотаN₂).

2. Влияние на равновесие изменения температуры.Повыше­ние температуры смещает равновесие в сторону эндотермиче­ской реакции; понижение температуры смещает равновесие в сторону экзотермической реакции.Разбираемый процесс обра­зования аммиака из водорода и азота является экзотермическим, а обратный процесс (разложение аммиака) - эндотермическим. При повышении температуры равновесие смещается в сторону обратной реакции, т.е. реакции разложения аммиака, которая проходит с поглощением тепла.

3. Влияние на равновесие изменения давления. При повыше­нии давления равновесие смещается в сторону реакции, которая приводит к уменьшению объема газовой смеси. В левой части

разбираемого уравнения ЗН₂+N₂ ^2NH₃ имеются четыре моля газа, в правой - два. Следовательно, при повышении давления равновесие смещается в сторону образования меньшего числа молекул газа, т.е. вправо.

В реакции N₂ + 0₂^2NO 1моль1моль2моля газа газа газа изменение давления не смещает равновесия системы, так как реакция идет без изменения объема.

Вопросы для самопроверки

1. Сформулируйте принцип Ле-Шателье.

2. Концентрацию каких веществ надо уменьшить, чтобы рав­новесие системы СО + Н₂0 (_пар) «=* С0₂+ Н₂сместилось вправо: Н₂; С0₂; СО; Н₂0?

3. В каком из приведенных процессов при повышении темпе­ратуры равновесие сместится вправо:

А + В st С, - АН; А + В ^ С, +ДН?

4. Какое из приведенных равновесий не нарушится при изме­нении давления: СаСОз СаО + С0₂;N₂0₄ 2N0₂;

СО + Н₂0_(пар)^ С0₂+ Н₂?

Практическая часть

Опыт 1. Зависимость скорости реакции

от концентрации тиосульфата нагрия

В основе опыта лежит реакция между тиосульфатом натрия Na₂S₂0₃ и серной кислотойH₂S0₄, в результате которой выделя­ется сера в виде белой мути:

Na₂S₂0₃ +H₂S0₄ =H₂S₂0₃ +Na₂S0₄;

H₂S₂0₃ = H₂0 + S0₂ + S.

Результаты опыта фиксируют в табл. 2, которую следует пе­ренести в лабораторный журнал.

1. В четыре пробирки с помощью мерной пробирки налейте соответственно 2, 3, 4 и 6см³2% раствораNa₂S₂0₃, как указано в таблице.

2. Ополосните мерную пробирку дистиллированной водой и добавьте с ее помощью в каждую из пробирок дистиллирован­ную воду в количествах, указанных в графе 3 таблицы.

Таким образом, в четырех пробирках имеются растворы тио­сульфата натрия различной концентрации.

3. Подготовьте для дальнейшего проведения опыта секун­домер.

4. С помощью мерной пробирки приливайте поочередно к подготовленным растворам тиосульфата натрия по 6см³2%- ного раствора серной кислоты, отмечая при этом на часах мо­мент приливания кислоты и момент появления серы.

Полученное время в секундах внесите в графу 5.

Таблица 2

Номер про­ бирки	Объем, см'		Концентрация раствора с, % а-100 (а + Ь)	Время, прошедшее от начала реакции до появления серы, t, с	Величина, характеризую­щая скорость реакции, 100/t, с ^1
	Раствор Na2S20j а	Вода н2о b
1	2	3	4	5	6
1	2	4	33,3
2	3	3	50,0
3	4	2	66,6
4	6	0	100,0

5. Рассчитайте величину, характеризующую , скорость реак­ции.

6. По данным опыта постройте график, откладывая на оси абсцисс концентрацию раствора Na₂S₂0₃ в процентах (графа 4), а на оси ординат - величину, характеризующую скорость реакции (графа6).

7. Сделайте вывод, как влияет изменение концентрации реа­гирующих веществ на скорость реакции

Опыт 2. Смещение химического равновесия

при изменении концентрации реагирующих веществ

В пробирку внесите несколько капель раствора хлорида же­леза (III), несколько капель роданида калия и долейте до полной пробирки водой. Полученную смесь разлейте равными частями в четыре пробирки. Растворы поставьте в штатив. Одну пробирку сохраните для сравнения. В остальные пробирки добавьте сле­дующие реактивы: в первую - раствор хлорида железа(III) FeCl₃; во вторую - раствор роданида калияKCNS, в третью - один микрошпатель кристаллического хлорида калия КС1.

Сравните интенсивность окраски полученных растворов с интенсивностью окраски в контрольной пробирке, определите направление смещения равновесия в каждом случае. Напишите уравнение соответствующей обратимой реакции и выражение константы ее равновесия.

Результаты опыта представьте в виде таблицы, составленной по приведенной ниже форме (форма № 1).

Форма № 1

Номер пробирки	Добавляемый реактив	Наблюдаемые изменения	Направление смещения равновесия
1
2
3