Занятие 24. Химическое равновесие.

& Вопросы для самостоятельной подготовки.

1. Какие реакции называют обратимыми и необратимыми? Приведите примеры.

2. Что называют химическим равновесием? Почему химическое равновесие называется динамическим?

3. Понятие о константе химического равновесия.

4. Смещение химического равновесия при изменении концентрации реагирующих веществ, температуры и давления.

5. Суть принципа Ле-Шателье. Приведите примеры.

Д



ля обратимой реакции:

aA + вB ((;(( сС + dD

Равновесие _{(прям. р-ции)} = _{(обрат. р-ции)}

Типовые задачи с решениями

Задача № 1

Как повлияет повышение давления и температуры на равновесие следующих обратимых реакций:

а) СО(г) + 2Н₂(г) ((;(( СН₃ОН(г); DН° < 0

3 моль 1 моль

б) N₂(г) + О₂(г) ((;(( 2NО(г); DН° > 0

2 моль 2 моль

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.

Как видно из уравнения реакции, прямая реакция является экзотермической, то есть идет с выделением теплоты. Следовательно, повышение температуры вызывает смещение равновесия в сторону обратной реакции.

б) Число моль газов в правой и левой частях уравнения одинаково, поэтому при изменении давления равновесие не смещается.

Прямая реакция является эндотермической, следовательно, повышение температуры приводит к смещению равновесия в сторону прямой реакции.

Задача № 2

Как скажется на состоянии химического равновесия в системе:

Н₃РО₄ + ОН^– ((;(( Н₂РО+ Н₂О

а) добавление дигидрофосфата натрия;

б) увеличение концентрации фосфорной кислоты;

в) увеличение температуры?

Дайте обоснование влиянию каждого из факторов.

Решение:

а) При добавлении NaH₂PO₄ в системе повышается концентрация дигидрофосфат-ионов, что приводит к увеличению скорости обратной реакции и смещению равновесия влево.

б) Согласно принципу Ле Шателье увеличение концентрации фосфорной кислоты приводит к увеличению скорости прямой реакции и смещает равновесие вправо.

в) Увеличение температуры смещает равновесие влево, т.к. реакции нейтрализации относятся к экзотермическим.

Задача № 3

Как скажется на состоянии химического равновесия системы:

СН₃СНО ((;(( СН₄ + СО – Q

а) увеличение концентрации метана;

б) уменьшение концентрации угарного газа;

в) уменьшение температуры?

Дайте обоснование влияния каждого из факторов.

Решение:

а) увеличение концентрации СН₄ смещает равновесие влево, т.к. приводит к увеличению скорости обратной реакции, в ходе которой он расходуется;

б) уменьшение концентрации оксида углерода смещает равновесие вправо, т.е. в сторону его образования;

в) уменьшение температуры смещает равновесие влево, так как это эндотермическая реакция.

Упражнения и задачи для самостоятельного решения.

1. Напишите выражение для констант равновесия следующих процессов, предварительно расставив коэффициенты: Fe₃O₄ + H₂ ((;(( Fe + H₂O;

H₂ + O₂ ((;(( H₂O; CaCO₃ ((;(( CaО + CO₂; N₂ + O₂ ((;(( NO; N₂ +H₂ ((;(( NH₃.

2. Как действует катализатор на химическое равновесие?

3. Объясните, почему химическое равновесие называется динамическим. В какую сторону сместится равновесие системы 2SO₂+O₂ ((;(( 2SO₃ + Q при: а) повышении концентрации кислорода; б) повышении концентрации оксида серы(VI); в) понижении концентрации оксида серы(IV);

г) понижении температуры; д) повышении давления; е) при введении катализатора?

4. Как влияет увеличение температуры на состояние равновесия в следующих реакциях: а) H₂ + Cl₂ ((;(( 2HCl + Q; б) H₂ + I₂ ((;(( 2HI – Q; в) 2HBr ((;(( H₂ + Br₂ – Q?

5. Как влияет увеличение давления на состояние равновесия в следующих реакциях:

а) H₂ + Br₂ ((;(( 2HBr; б) 2NO + O₂ ((;(( 2NO₂; в) N₂O₄ ((;(( 2NO₂;

г) CO₂ + C ((;(( 2CO; д) Fe₂O_3(тв) + 3H_2(г) ((;(( 2Fe_(тв) + 3Н₂О_(г)?

6. Какие факторы способствуют смещению равновесия в сторону образования продуктов в реакциях:

а) СО_2(г)+С_(тв) ((;(( 2СО – 72,6 кДж;

б) Fe₂O_3(тв)+3Н_2(г) ((;(( 2Fe_(тв)+3Н₂О_(г)–89,6 кДж;

в) Н_2(г) + S_(ж) ((;(( Н₂S_(г)+20,9 кДж?

7. Как повлияет повышение давления в 2 раза на равновесие системы 2СО + О₂ ((;(( 2СО₂? Во сколько раз изменяются при этом скорости прямой и обратной реакций? Изменятся ли константы скорости этих реакций? (Ответ: скорость прямой реакции увеличится в 8 раз, обратной в 4 раза)

Дополнительные задания

1. Для каких из указанных реакций уменьшение объема сосуда приведет к смещению равновесия в том же направлении, что и понижение температуры: а)N₂ + O₂ ((;(( 2NO – Q; б) СО₂ + С ((;(( 2СО – Q; в) 2СО + О₂ ((;(( 2СО₂ + Q; г) СО + Н₂О(г) ((;(( СО₂ + Н₂ + Q?

2. Равновесие реакции N₂+3H₂ ((;(( 2NH₃ устанавливается при следующих концентрациях веществ [N₂] = 0,01 моль/л; [H₂] = 2,0 моль/л; [NH₃] = 0,4 моль/л. Вычислите константу равновесия и исходные концентрации азота и водорода. (Ответ: 0,21 моль/л; 2,6 моль/л; 2)

3. В системе СО_(г) + Сl_2(г) ((;(( СОСl_2(г) равновесие установилось при следующих концентрациях: [Cl₂] = 0,3 моль/л; [CO] = 0,2 моль/л; [COCl₂] = 1,2 моль/л. Вычислите исходные концентрации хлора, оксида углерода(II) и константу равновесия реакции.

(Ответ: 1,5 моль/л; 1,4 моль/л; 20).

4. Пользуясь принципом Ле-Шателье, объясните, куда сместится равновесие системы 2Н₂ + О₂ ((;(( 2Н₂О + Q при понижении температуры. Изменится ли при этом величина константы равновесия?

5. Из приведенных уравнений обратимых реакций укажите те, равновесие которых не нарушается при изменении давления:

а) Н₂О + Сl₂ ((;(( HCl + HСlO; б) HNO₃ + KOH ® KNO₃ + H₂O;

в) 2Н₂ + О₂ ((;(( 2Н₂О; г) 2NO ((;(( N₂ + O₂; д) NH₃ + HCl ((;(( NH₄Cl.

6. Исходные концентрации азота и водорода равны 4 и 10 моль/л соответственно. Определите равновесные концентрации азота, водорода и аммиака в равновесии: N₂ + 3H₂ ((;(( 2NH₃, если к моменту наступления равновесия прореагировало 50% азота.

(Ответ: 2 моль/л; 4 моль/л; 4 моль/л).

Занятие 25, 26.

@ Проверочная работа 3 «Основные закономерности протекания химических реакций». Анализ результатов проверочной работы. Коррекция знаний.

Вариант билета

1. Напишите выражения скоростей химических реакций для следующих процессов, предварительно расставив коэффициенты: а) NO + O₂  NO₂; б) С + О₂  СО; в) СаСО₃  СаО + СО₂. Сформулируйте основной закон химической кинетики.

2. Две различные реакции протекают с выделением водорода. За 1 мин. в одной из них образуется 2,24 л водорода (н.у.), а в другой выделяется 2 г водорода. Во сколько раз скорость одной из этих реакций больше скорости другой?

3. Во сколько раз надо увеличить концентрацию вещества В в системе 2А₂ + В₂ = 2А₂В, чтобы при уменьшении концентрации А₂ в 4 раза скорость реакции не изменилась?

4. Во сколько раз возрастет скорость химической реакции при повышении температуры от 10 до 40^оС, если известно, что с повышением температуры на 10^оС скорость реакции возрастает в 2 раза?

5. В какую сторону смещается равновесие следующих реакций:

а) Fe₃O₄ + 4CO ((;(( 3Fe + 4CO₂ – 43,7 кДж/моль;

б) 2СО + О₂ ((;(( 2СО₂, Q = 570 кДж/моль

в следующих случаях: а) при понижении температуры; б) при повышении давления; в) при добавлении в систему СО₂; г) при уменьшении концентрации СО? Сформулируйте принцип Ле-Шателье.