17. Химическое равновесие. Закон действующих масс.

Если реагенты и продукты реакции находятся во взаимном контакте химическая реакция сможет достичь динамического равновесия, в которой прямая и обратная реакции протекают с одинаковыми скоростями. Свойства равновесия не изменяются с течением времени

N₂+3H₂         2NH₃

 

V = V

  Состояние равновесие подчиняется закону действующих масс, которые сформулировал Гульберг и Вааге в 1864году.

Закон действующих масс выражает относительную концентрацию реагентов и продуктов в равных условиях через величину, называемую const равновесия.

a₁A₁ + a₂A_{2 +….i} = b₁B₁ + b₂B_{2 +….}

Согласно закону действующих масс в условие равновесия выполняется соотношение:

 

К=	[B1]^b1[B2]^b2	=	|j| [Bj]^bj
	[A1]^a1[A2]^a2		|i| [Ai]^ai

    [A_i] и [B_j] – соответствующие константы реагируемых продуктов.

К – постоянная величина называемая константой равновесия.

В общем случае константа равновесия равна произведению концентрации всех продуктов реакции в степенях равных стехиометрических коэффициентах при каждом продукте в  нормальном уравнение реакции произведения концентрации всех реагентов в соответствующих степенях.

Выражение для константы равновесия принято записывать численно отношение концентрации продуктов, а знаком – концентрацию реагентов.

По величине К можно судить о степени протекания реакции, кроме того можно:

1.        Предсказать направление в котором изменяться реагирующая смесь по мере приближения к равновесию.

2.        Вычислять концентрацию реагентов и продуктов по достижению равновесия.

Склонность обратных реакция слева на право может быть запрещена по значению ∆G⁰, которое должно быть отрицательно или по значению К, которое должно быть >1. Согласно уравнению изотермы В.Гофа эти две величены связаны между собой. ∆G⁰=RT lnK

Если же ∆G<0 то k>1, и содержание продуктов превыше содержания реагентов.

∆G⁰=0 ,  то K=1 и состояние равновесия достигнуто.

∆G⁰<0  то протекание реакции невозможно.

18. Ионное произведение воды. Водородный показатель рН.

Вода является слабым электролитом.

HOH↔H⁺ + OH^-    (1)

Запишем к реакции (1):

K= H+[OH-][HOH]    (2)

Вода очень слабый электролит, поэтому равновесие электролитической диссоциации воды сильно сдвинуто влево. Отсюда концентрацию воды можно считать постоянной.

[HOH]=const  (3)

Тогда       K * [HOH]=const=K_w=[H⁺][OH^-]   (4)

Путем измерения теплопроводности воды было установлено

[H⁺]=[OH^-]=10^-7моль/литр

K_w=10^-7*10^-7=10^-14

K_w=10^-14=[H⁺]*[OH^-]     (5)

Ионы водорода ответственны за кислые среды, а гидроксид – за щелочные. При электролитической диссоциации водыэти ионы образуют в одинаковых количествах, поэтому вода не проявляет ни кислых, ни основных свойств. Вода амфотерна. Пролагарифмируем уравнение (5) и умножим полученный резюльтат на -1:

-lg[H⁺]-lg[OH^-]=-lg K_w=-lg 10^-14=14  (6)

 рН – показатель водорода.

рН=-lg[H⁺]

pOH – показатель гидроксида

pOH=-lg[ОH^-]

рН+ pOH=14