Химическое равновесие

Продукты реакции, как правило, способны взаимодействовать друг с другом с образованием исходных веществ.

Реакции, которые при данных условиях одновременно протекают в двух взаимно противоположных направлениях, называются обратимыми.

Эта обратимость может быть выражена в виде уравнения:

nA+mBрС+qД.

Реакцию, идущую согласно уравнению слева направо называют прямой, справа налево- обротной.

Скорость прямой реакции: ₁=K₁[A]ⁿ[B]^m.

Скорость обратной реакции:_K₂[C]^p[Д]^q

С течением времени ₁ уменьшается, а ₂ увеличивается. В некоторый момент они становятся равными. Состояние обратимого процесса, при котором скорости прямо и обратной реакции равны, называется химическим равновесием. Она характеризуется тем, что концентрации реагирующих веществ не изменяются.

При установлении равновесии ₁= ₂. Отсюда следует:

K₁[A]ⁿ[B]^m=K₂[C]^p[Д]^q

K₁=[C]^p[Д]^q K₁ =K

K₂ [A]ⁿ[B]^m ; K₂

К- константа равновесия. Она не зависит от начальной концентрации реагирующих веществ и изменяется в зависимости от температуры, и от природы обратимой реакции.

При химическом равновесии отношения произведения равновесных концентраций образующихся веществ к произведению равновесных концентраций исходных веществ становится для данной реакции при данной температуре величиной постоянной.

Это положение может быть использовано для решения задач связанных с определением, как начальных (исходных) концентраций веществ, так и концентрации веществ при равновесии.

Пример.1. При установившимся равновесии реакции

2NO+O₂NO₂

концентрации веществ были равны:

[NO]=0.2моль/л,

[O₂]=0.3моль/л,

[NO₂]=0.6моль/л.

Определить константу равновесия этой реакции и начальной концентрации окиси азота и кислорода.

Решение. Равновесие этой реакции выражается уравнением:

К= [NO₂]²

[NO]²[O₂]

найдем константу равновесия:

К= 0.6²

0.2²0.3

При определении начальных концентраций NO и O₂ следует исходить из того, что согласно уравнению реакции 2 моля NO₂ образуется из 2 молей NO и 1 моляO₂. Следовательно, для образования 0.6 молей NO₂ потребовалось 0.6 молей NO и 0.6/2=0.3 моля O₂.

Таким образом, начальные концентрации были:

[NO]=0.2+0.6=0.8моль/л

[O₂]= 0.3+0.3=0.6моль/л.

Смещение химического равновесия

Химическое равновесие сохраняется при постоянных условиях.

При изменении температуры, давления (в случае газообразных веществ) или концентрации реагирующих веществ равновесие сейчас нарушается и изменяются равновесные концентрации всех участвующих в реакции веществ.

Изменение равновесных концентраций реагирующих веществ, вызванное изменением какого-либо условия, называется смещением или сдвигом равновесия.

Если при изменение условий произошло увеличение концентрации образующих веществ, т.е. веществ, формулы которых находятся в правой части уравнения, то говорят о смещение равновесия в право.

Если изменение условий влечет за собой увеличение концентраций исходных веществ, формулы которых стоят в левой части уравнения, то это рассматривают как смещение равновесия влево.

Направление смещение равновесия системы определяется правилом Ле-Шателье:

“Изменение одного из условий (температуры, давления, концентрации), при которых система находится в состоянии химического равновесия, вызывает смещение равновесия в направлении той реакции, которая противодействует произведенному изменению”.

Пример. Дана равновесная система:

N₂+3H²2NH³+2IIккал.

В каком направлении будет смещаться равновесие в этой системе при увеличении давления и понижении температуры?

Объём исходных газов N₂+3H² в три раза больше объёма продукта 2NH₃. Поэтому на увеличение давления система ответит смещением равновесия в сторону уменьшения объёма газов.

Образование аммиака сопровождается выделением тепла (2IIккал), обратный процесс- разложение аммиака идет с поглощением тепла (2IIккал). Следовательно, на понижение температуры система ответит смещением слева направо в сторону экзотермического процесса, т.е. выделением тепла.

Принцип Ле-Шателье имеет большое практическое значение. Он дает возможность находить такие условия для протекания химического процесса, которые обеспечивают максимальный выход получаемого вещества.

Технология производства важнейших химических продуктов основана на применении принципа Ле-Шателье и расчетах, вытекающих из закона действия масс.

Практическая часть

Na₂S₂O₃+H₂SO₄Na₂SO₄+S+SO₂+H₂O

тиосульфат тиосерная кислота

V = k [Na₂S₂O₃][H₂SO₄]=k` [Na₂S₂O₃]

Const.

Пробирка №	Объём, мм.		Относит. концентрация.	Время ,сек	Скорость реакции, V=1/t, с^-1
	Раствор Na2S2O3	H2O
1 2 3 4	6 4 3 2	0 2 3 4	1 2/3 1/2 1/3	9 14 16 24	0,11 0,07 0,06 0,04

V , *10^-2

11

7

6

4

1/3 1/2 2/3 1 С _отн.

Вывод: скорость химической реакции прямо пропорциоальна концентрации .Чем больше концентрация, тем больше скорость.

Смещение химического равновесия.

FeCl₃+3KSCNFe(SCN)₃+3KCl

св. жёлт. бесцв. родонит бесцв.

железа

P = const ,

T = const.

О смещение химического равновесия мы будем судить по изменению интенсивности окраски родонита железа .

1. При увеличение концентрации FeCl₃ окраска изменяется, следовательно, по принципу Ле- Шателье, будет увеличиваться скорость прямой реакции .

V=k[FeCl₃][KSCN]³

2. При увеличении концентрации KSCN окраска изменяется, по принципу Ле- Шателье, повышается скорость прямой реакции.

V=k[Fe(SCN)₃][KCl]³

3. При увеличении концентрации КСl , по принципу Ле-Шателье , увеличится скорость обратной реакции (окраска станет светлее).

Вывод: на смещение химического равновесия влияют изменеия температуры, давлеия, коцентрации. Смещение химического равновесия происходит в соответствии с принципом Ле- Шателье: “Изменение одного из условий (температуры, давления, концентрации), при которых система находится в состоянии химического равновесия, вызывает смещение равновесия в направлении той реакции, которая противодействует произведенному изменению”.