Онлайн калькуляторы

На нашем сайте собрано более 100 бесплатных онлайн калькуляторов по математике, геометрии и физике.

Справочник

Основные формулы, таблицы и теоремы для учащихся. Все что нужно, чтобы сделать домашнее задание!

Заказать решение

Не можете решить контрольную?!
Мы поможем! Более 20 000 авторов выполнят вашу работу от 100 руб!

Обратимость химических реакций. Химическое равновесие

Обратимость химических реакций

ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Химическими реакция называют превращения веществ, в которых происходит изменение их состава и (или) строения.

Протекание реакции возможно при благоприятном соотношении энергетического и энтропийного факторов. Если эти факторы уравновешивают друг друга, состояние системы не меняется. В таких случаях говорят, что системы находится в равновесии.
Химические реакции, протекающие в одном направлении, называют необратимыми. Большинство химических реакций являются обратимыми. Эта значит, что при одних и тех же условиях протекают и прямая, и обратная реакции (особенно если речь идет о замкнутых системах).

Состояние системы, при котором скорость прямой реакции равна скорости обратной реакции, называют химическим равновесием. При этом концентрации реагирующих веществ и продуктов реакции остаются без изменения (равновесные концентрации).

Константа равновесия

Рассмотрим реакцию получения аммиака:

N2(г) + 3H2(г) ↔ 2 NH3(г)

Запишем выражения для вычисления скоростей прямой (1) и обратной (2) реакций:

\bar{\nu}1 = k1[N2][ H2]3

\bar{\nu}2 = k2[NH3]2

Скорости прямой и обратной реакций равны, следовательно можно записать:

k1[N2][H2]3 = k2[NH3]2

k1/ k2 = [NH3]2 / [N2][H2]3

Отношение двух постоянных величин – величина постоянная. Константа равновесия– отношение констант скоростей прямой и обратной реакций.

К = k1/ k2

К =[NH3]2 / [N2][H2]3

Если выразить в общем виде, то константа равновесия:

mA + nB ↔ pC +qD

К =[C]p[D]q / [A]m[B]n

Константа равновесия –отношение произведений концентраций продуктов реакции, возведенных в степени равные их стехиометрическим коэффициентам к произведению концентраций исходных веществ, возведенных в степени равные их стехиометрическим коэффициентам.

Если К выражают через равновесные концентрации, то чаще всего обозначают Кс. Возможно также рассчитать К для газов через их парциальные давления. В этом случае К обозначают как Кр. Между Кс и Кр существует зависимость:

Кр = Кс × (RT)Δn,

где Δn – изменение числа всех моль газов при переходе от реагентов к продуктам, R – универсальная газовая постоянная.

К не зависит от концентрации, давления, объема и наличия катализатора и зависит от температуры и природы реагирующих веществ. Если К много меньше 1, то в смеси больше исходных веществ, а в случае много большем 1 – в смеси больше продуктов.

Гетерогенное равновесие

Рассмотрим реакцию

CaCO3(тв) ↔ CaO(тв) +CO2(г)

В выражение для константы равновесия концентрации компонентов твердой фазе не входят, следовательно

Kc = [CO2]

Kp = p (CO2)

Химическое равновесие наступает при наличии всех компонентов системы, но константа равновесия не зависит от концентраций веществ в твердой фазе. Химическое равновесие – динамический процесс. К дает информацию о протекании реакции, а ΔG – о ее направлении. Они связаны между собой отношением:

ΔG0 = -R × T × lnK

ΔG0 = -2,303 × R × T × lgK

Смещение химического равновесия. Принцип Ле-Шателье

С точки зрения технологических процессов обратимые химические реакции не выгодны, поскольку нужно обладать знаниями, каким образом повысить выход продукта реакции, т.е. необходимо научиться смещать химическое равновесие в сторону продуктов реакции.

Рассмотрим реакцию, в которой необходимо повысить выход аммиака:

N2(г) + 3H2(г) ↔ 2NH3(г) , ΔН < 0

Для того, чтобы сместить равновесие в сторону прямой или обратной реакции необходимо воспользоваться принципом Ле-Шателье: если на систему, находящуюся в равновесии подействовать каким-либо фактором из вне (увеличить или уменьшить температуру, давление, объем, концентрацию веществ), то система оказывает противодействие данному воздействию.

Например, если в равновесной системе повысить температуру, то из 2-х возможных реакций пойдет та, которая будет эндотермической; если повысить давление, то равновесие сместится в сторону реакции с большим числом моль веществ; если в системе увеменьшить объем, то смещение равновесия будет направлено на увеличение давления; если увеличить концентрацию одного из исходных веществ, то из 2-х возможных реакций пойдет та, которая приведет к уменьшению равновесной концентрации продукта.

Так, применительно, к рассмотренной реакции, чтобы повысить выход аммиака, нужно увеличить концентрации исходных веществ; понизить температуру, поскольку прямая реакция экзотермическая, увеличить давление или уменьшить объем.

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1
Задание Как влияет на равновесие в системе PCl5 ↔ PCl3 + Cl2 ; ΔH > 0

а) повышение давления;

б) повышение температуры;

в) увеличение концентрации исходных веществ?

Решение а) согласно принципу Ле-Шателье повышение давления смещает равновесие в сторону увеличения объема, следовательно, в сторону обратной реакции;

б) повышение температуры смещает равновесие в сторону эндотермической реакции, следовательно, в обратную сторону;

в) увеличение концентрации исходных веществ смещает равновесие в сторону образования продуктов реакции, т.е. в сторону протекания прямой реакции.

ПРИМЕР 2
Задание Вычислить константу равновесия для обратимой реакции, протекающей по уравнению 2NO2 ↔ 2NO + O2. Равновесные концентрации веществ: [NO2]=0.06 моль/л, [NO]=0,24моль/л, [O2]= 0,12 моль/л.
Решение Запишем выражение для константы равновесия:

Kравн =([NO]2 × [O2]) / [NO2]2

Вычислим:

Kравн = 0,242 × 0,12 / 0,062 = 1,92

Ответ Kравн =1,92
Нужна помощь с
решением задач?
Более 500 авторов онлайн и готовы помочь тебе прямо сейчас! Цена от 20 рублей за задачу. Сейчас у нас проходит акция, мы дарим 100 руб на первый заказ.