Määratakse keemilise tasakaalu nihutamise suund. Keemiline tasakaal ja selle nihutamise viisid

Peamine artikkel: Le Chatelier-Browni põhimõte

Keemilise tasakaalu asend sõltub järgmistest reaktsiooniparameetritest: temperatuur, rõhk ja kontsentratsioon. Nende tegurite mõju keemilisele reaktsioonile järgib mustrit, milles väljendati üldine vaade aastal 1885 prantsuse teadlase Le Chatelier' poolt.

Keemilist tasakaalu mõjutavad tegurid:

1) temperatuur

Temperatuuri tõustes nihkub keemiline tasakaal endotermilise (absorptsioon)reaktsiooni suunas ja vähenedes eksotermilise (isolatsiooni) reaktsiooni suunas.

CaCO 3 =CaO+CO 2 -Q t →, t↓ ←

N 2 +3H 2 ↔2NH 3 +Q t ←, t↓ →

2) surve

Rõhu tõustes nihkub keemiline tasakaal ainete väiksema mahu ja vähenedes suurema mahu suunas. See põhimõte kehtib ainult gaaside, s.t. kui reaktsioonis osalevad tahked ained, siis neid arvesse ei võeta.

CaCO 3 =CaO+CO 2 P ←, P↓ →

1 mol = 1 mol + 1 mol

3) lähteainete ja reaktsioonisaaduste kontsentratsioon

Ühe lähteaine kontsentratsiooni suurenemisega nihkub keemiline tasakaal reaktsioonisaaduste ja reaktsioonisaaduste kontsentratsiooni suurenemisega lähteainete suunas.

S 2 +2O 2 =2SO 2 [S], [O] →, ←

Katalüsaatorid ei mõjuta keemilise tasakaalu nihkumist!

Keemilise tasakaalu põhilised kvantitatiivsed karakteristikud: keemilise tasakaalu konstant, konversiooniaste, dissotsiatsiooniaste, tasakaalu saagis. Selgitage nende suuruste tähendust konkreetsete keemiliste reaktsioonide näitel.

Keemilises termodünaamikas seostab massimõju seadus lähteainete ja reaktsioonisaaduste tasakaalulisi aktiivsusi vastavalt seosele:

Aine tegevus. Aktiivsuse asemel võib kasutada kontsentreerimist (reaktsiooniks ideaalses lahuses), osarõhku (reaktsioon ideaalsete gaaside segus), fugaatsust (reaktsioon reaalsete gaaside segus);

Stöhhiomeetriline koefitsient (algsete ainete puhul eeldatakse, et see on negatiivne, toodete puhul - positiivne);

Keemilise tasakaalu konstant. Indeks "a" tähendab siin aktiivsuse väärtuse kasutamist valemis.

Reaktsiooni efektiivsust hinnatakse tavaliselt reaktsioonisaaduse saagise arvutamise teel (jaotis 5.11). Reaktsiooni efektiivsust saab aga hinnata ka sellega, et teete kindlaks, milline osa kõige olulisemast (tavaliselt kõige kallimast) ainest muutus sihtreaktsioonisaaduseks, näiteks milline osa SO 2-st muutus väävelhappe tootmisel SO 3-ks. hape, see tähendab leida konversiooni aste algne aine.

Lühike skeem käimasolevast reaktsioonist

Seejärel määratakse aine A aineks B (A) muutumise määr järgmise võrrandiga

Kus n proreag (A) on reagendi A aine kogus, mis reageeris produkti B moodustamiseks ja n esialgne (A) - reaktiivi A aine esialgne kogus.

Loomulikult saab konversiooniastet väljendada mitte ainult aine koguse, vaid ka sellega võrdeliste koguste kaudu: molekulide (valemiühikute), massi, mahuga.

Kui reagent A on defitsiitne ja saaduse B kadu võib tähelepanuta jätta, on reagendi A muundumisaste tavaliselt võrdne produkti B saagisega.

Erandiks on reaktsioonid, mille käigus lähteainet kulub ilmselgelt mitme toote moodustamiseks. Nii näiteks reaktsioonis

Cl 2 + 2KOH \u003d KCl + KClO + H 2 O

kloor (reaktiiv) muudetakse võrdselt kaaliumkloriidiks ja kaaliumhüpokloritiks. Selles reaktsioonis on isegi 100% KClO saagise korral kloori muundumisaste selleks 50%.

Teile teadaolev kogus - protolüüsi aste (punkt 12.4) - on teisendusastme erijuht:

TED raames nimetatakse sarnaseid suurusi dissotsiatsiooni aste happed või alused (mida nimetatakse ka protolüüsi astmeks). Dissotsiatsiooniaste on Ostwaldi lahjendusseaduse järgi seotud dissotsiatsioonikonstandiga.

Sama teooria raames iseloomustab hüdrolüüsi tasakaalu hüdrolüüsi aste (h), kasutades järgmisi väljendeid, mis seostavad seda aine algkontsentratsiooniga ( Koos) ja hüdrolüüsi käigus tekkinud nõrkade hapete (K HA) ja nõrkade aluste dissotsiatsioonikonstandid ( K MOH):

Esimene väljend kehtib nõrga happe soola hüdrolüüsi kohta, teine nõrga aluse soola ja kolmas nõrga happe ja nõrga aluse soola kohta. Kõiki neid väljendeid saab kasutada ainult lahjendatud lahuste puhul, mille hüdrolüüsiaste ei ületa 0,05 (5%).

Tavaliselt määrab tasakaalusaagise teadaoleva tasakaalukonstandi, millega see on igal konkreetsel juhul teatud suhtega seotud.

Produkti saagist saab muuta, nihutades reaktsiooni tasakaalu pöörduvates protsessides, selliste tegurite mõjul nagu temperatuur, rõhk, kontsentratsioon.

Kooskõlas Le Chatelier’ põhimõttega suureneb lihtreaktsioonide käigus rõhu tõustes konversiooni tasakaaluaste, muul juhul aga reaktsioonisegu maht ei muutu ja saaduse saagis rõhust ei sõltu.

Temperatuuri mõju tasakaalusaagisele ja ka tasakaalukonstandile määratakse reaktsiooni termilise efekti märgiga.

Pööratavate protsesside täielikumaks hindamiseks kasutatakse nn saagist teoreetilisest (saagis tasakaaluseisundist), mis on võrdne tegelikult saadud produkti w suhtega kogusesse, mis oleks saadud tasakaaluseisundis.

TERMILINE DISSOTSIATSIOON kemikaal

aine pöörduva lagunemise reaktsioon, mis on põhjustatud temperatuuri tõusust.

T. d.-ga moodustub ühest ainest mitu (2H2H + OSaO + CO) või üks lihtsam aine

Tasakaal jne kehtestatakse vastavalt toimiva massi seadusele. See

saab iseloomustada kas tasakaalukonstandi või dissotsiatsiooniastmega

(lagunenud molekulide arvu ja molekulide koguarvu suhe). IN

enamikul juhtudel kaasneb T.d.-ga soojuse neeldumine (kasv

entalpia

DN>0); seega vastavalt Le Chatelier-Browni põhimõttele

kuumutamine intensiivistab seda, määratakse T. d.-i nihke aste temperatuuriga

DN absoluutväärtus. Rõhk takistab T. d. mida tugevam, seda suurem

gaasiliste ainete moolide (Di) arvu muutus (kasv).

dissotsiatsiooni aste ei sõltu rõhust. Kui tahked ained ei ole

moodustavad tahkeid lahuseid ega ole väga hajutatud,

siis rõhk T.d on üheselt määratud temperatuuriga. Rakendada T.

e. tahked ained (oksiidid, kristalsed hüdraadid jne)

Oluline on teada

temperatuur, mille juures dissotsiatsioonirõhk muutub võrdseks välise rõhuga (eriti

atmosfääri rõhk. Kuna väljuv gaas võib ületada

ümbritseva rõhuga, seejärel selle temperatuuri saavutamisel lagunemisprotsess

kohe intensiivistub.

Dissotsiatsiooniastme sõltuvus temperatuurist: dissotsiatsiooniaste suureneb temperatuuri tõustes (temperatuuri tõus toob kaasa lahustunud osakeste kineetilise energia suurenemise, mis aitab kaasa molekulide lagunemisele ioonideks)

Lähteainete konversiooniaste ja saaduse tasakaalusaagis. Nende arvutamise meetodid antud temperatuuril. Milliseid andmeid selleks vaja on? Tooge suvalise näite abil skeem nende keemilise tasakaalu kvantitatiivsete tunnuste arvutamiseks.

Konversiooniaste on reageerinud reaktiivi kogus, mis on seotud selle esialgse kogusega. Lihtsaima reaktsiooni puhul, kus kontsentratsioon reaktori sisselaskeava juures või perioodilise protsessi alguses, on kontsentratsioon reaktori väljalaskeava juures või perioodilise protsessi praegune hetk. Suvalise reaktsiooni korral, näiteks , vastavalt definitsioonile on arvutusvalem sama: . Kui reaktsioonis on mitu reaktiivi, saab konversiooniastme arvutada igaühe jaoks, näiteks reaktsiooni jaoks Konversiooniastme sõltuvus reaktsiooniajast määratakse reaktiivi kontsentratsiooni muutumisega ajas. Algsel ajahetkel, kui midagi pole muutunud, on teisendusaste võrdne nulliga. Seejärel, kui reaktiiv muundatakse, konversiooni aste suureneb. Pöördumatu reaktsiooni korral, kui miski ei takista reagendi täielikku tarbimist, kipub selle väärtus (joonis 1) olema ühtne (100%). Joonis 1 Mida suurem on kiiruskonstandi väärtusega määratud reaktiivi kulu, seda kiiremini suureneb konversiooniaste, mis on näidatud joonisel. Kui reaktsioon on pöörduv, siis kui reaktsioon kaldub tasakaalustuma, kaldub konversiooni aste tasakaaluväärtusele, mille väärtus sõltub edasi- ja tagasireaktsiooni kiiruskonstantide suhtest (tasakaalukonstandil) (joonis 1). . 2). Joonis 2 Sihtprodukti saagis Toote saagis on tegelikult saadud sihtsaaduse kogus, mis on seotud selle toote kogusega, mis oleks saadud, kui kogu reaktiiv oleks sellesse tootesse sisenenud (maksimaalse võimaliku koguseni saadud toode). Või (reagendi kaudu): tegelikult sihtsaaduseks muudetud reaktiivi kogus jagatuna reaktiivi esialgse kogusega. Lihtsaima reaktsiooni korral on saagis , ja pidades meeles, et selle reaktsiooni korral , st. kõige lihtsama reaktsiooni korral on saagis ja konversiooniaste üks ja sama suurus. Kui teisendus toimub näiteks ainete koguse muutumisega, siis vastavalt definitsioonile tuleb arvutatud avaldisesse kaasata stöhhiomeetriline koefitsient. Vastavalt esimesele määratlusele on kogu algsest reaktiivi kogusest saadav toote kujuteldav kogus selle reaktsiooni jaoks poole väiksem kui reaktiivi algkogus, s.o. ja arvutusvalem . Vastavalt teisele määratlusele on reaktiivi kogus, mis tegelikult muundatakse sihtsaaduseks, kaks korda suurem kui selle toote kogus, s.o. , seejärel arvutusvalem . Loomulikult on mõlemad väljendid samad. Keerulisema reaktsiooni korral kirjutatakse arvutusvalemid definitsiooni järgi täpselt samamoodi, kuid sellisel juhul ei võrdu saagis enam teisendusastmega. Näiteks reaktsiooni jaoks . Kui reaktsioonis on mitu reaktiivi, saab saagise arvutada neist igaühe kohta, kui lisaks on mitu sihtprodukti, saab saagise arvutada mis tahes sihtsaaduse jaoks mis tahes reagendi jaoks. Nagu on näha arvutusvalemi struktuurist (nimetaja sisaldab konstantset väärtust), on saagise sõltuvus reaktsiooniajast määratud sihtprodukti kontsentratsiooni ajasõltuvusega. Nii näiteks reaktsiooni jaoks see sõltuvus näeb välja nagu joonisel 3. Joonis 3

Konversiooniaste kui keemilise tasakaalu kvantitatiivne tunnus. Kuidas mõjutab üldrõhu ja -temperatuuri tõus reaktiivi muundumise astet ... gaasifaasi reaktsioonis: ( võrrandit arvestades)? Esitage vastuse põhjendus ja vastavad matemaatilised avaldised.

>> Keemia: Keemiline tasakaal ja selle nihutamise viisid Pööratavates protsessides on otsereaktsiooni kiirus alguses maksimaalne, seejärel aga väheneb, kuna vähenevad algselt tarbitavate ainete kontsentratsioonid ja reaktsiooniproduktide moodustumine. Vastupidi, pöördreaktsiooni kiirus, mis on alguses minimaalne, suureneb reaktsiooniproduktide kontsentratsiooni suurenedes. Lõpuks saabub hetk, mil edasi- ja tagasireaktsiooni kiirused muutuvad võrdseks.

Keemilise pöörduva protsessi olekut nimetatakse keemiliseks tasakaaluks, kui edasisuunalise reaktsiooni kiirus on võrdne pöördreaktsiooni kiirusega.

Keemiline tasakaal on dünaamiline (liikuv), kuna selle toimumisel reaktsioon ei peatu, muutumatuks jääb ainult komponentide kontsentratsioon, st ajaühiku jooksul moodustub sama palju reaktsiooniprodukte, mis muutuvad lähteained. Konstantsel temperatuuril ja rõhul võib pöörduva reaktsiooni tasakaal püsida lõputult.

Tootmises huvitab neid kõige sagedamini otsereaktsiooni valdav voog. Näiteks ammoniaagi, vääveloksiidi (VI) tootmisel. lämmastikoksiid (II). Kuidas tuletada süsteemi tasakaaluseisundist? Kuidas mõjutab seda muutus välistingimustes, milles konkreetne pöörduv keemiline protsess toimub?

Tunni sisu tunni kokkuvõte tugiraam õppetund esitlus kiirendusmeetodid interaktiivsed tehnoloogiad Harjuta ülesanded ja harjutused enesekontrolli töötoad, koolitused, juhtumid, ülesanded kodutöö arutelu küsimused retoorilised küsimused õpilastelt Illustratsioonid heli, videoklipid ja multimeedium fotod, pildid, graafika, tabelid, skeemid huumor, anekdoodid, naljad, koomiksid, tähendamissõnad, ütlused, ristsõnad, tsitaadid Lisandmoodulid kokkuvõtteid artiklid kiibid uudishimulikele petulehtedele õpikud põhi- ja lisaterminite sõnastik muu Õpikute ja tundide täiustaminevigade parandamine õpikus tunnis uuenduse elementide fragmendi uuendamine õpikus vananenud teadmiste asendamine uutega Ainult õpetajatele täiuslikud õppetunnid aasta kalenderplaan juhised aruteluprogrammid Integreeritud õppetunnid

Keemiline tasakaal on omane pööratav reaktsioonid ja ei ole tüüpiline pöördumatu keemilised reaktsioonid.

Sageli tehes keemiline protsess, lähevad algsed reagendid täielikult reaktsiooniproduktideks. Näiteks:

Cu + 4HNO 3 \u003d Cu (NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O

Metallist vaske on võimatu saada vastupidises suunas toimuva reaktsiooni läbiviimisel, kuna. antud reaktsioon on pöördumatu. Sellistes protsessides muudetakse reagendid täielikult toodeteks, s.t. reaktsioon kulgeb lõpuni.

Kuid enamik keemilisi reaktsioone pööratav, st. ilmselt paralleelreaktsioon otseses ja vastupidised suunad. Teisisõnu muudetakse reagendid ainult osaliselt toodeteks ja reaktsioonisüsteem koosneb nii reagentidest kui ka saadustest. Süsteem sees sel juhul on olekus keemiline tasakaal.

Pöörduvates protsessides on alguses otsereaktsioonil maksimaalne kiirus, mis reaktiivide hulga vähenemise tõttu järk-järgult väheneb. Vastupidisel reaktsioonil on algselt minimaalne kiirus, mis suureneb, kui tooted kogunevad. Lõpuks saabub hetk, mil mõlema reaktsiooni kiirused muutuvad võrdseks – süsteem jõuab tasakaaluolekusse. Tasakaaluseisundi saavutamisel jäävad komponentide kontsentratsioonid muutumatuks, kuid keemiline reaktsioon ei peatu. See. See on dünaamiline (liikuv) olek. Selguse huvides esitame järgmise joonise:

Oletame, et neid on pöörduv keemiline reaktsioon:

a A + b B = c C + d D

siis kirjutame massitegevuse seadusest lähtuvalt avaldised jaoks otseυ 1 ja tagurpidiυ 2 reaktsiooni:

υ1 = k 1 [A] a [B] b

υ2 = k 2 [C] c [D] d

Võimeline keemiline tasakaal, on edasi- ja tagasireaktsiooni kiirused võrdsed, st:

k 1 [A] a [B] b = k 2 [C] c [D] d

saame

TO= k1 / k 2 = [C] c [D] d ̸ [A] a [B] b

Kus K =k 1 / k 2 – tasakaalukonstant.

Mis tahes pöörduva protsessi jaoks etteantud tingimustel k on konstantne väärtus. See ei sõltu ainete kontsentratsioonist, kuna kui ühe aine kogus muutub, muutuvad ka teiste komponentide kogused.

Kui keemilise protsessi kulgemise tingimused muutuvad, on tasakaalu nihe võimalik.

Tasakaalu muutumist mõjutavad tegurid:

reagentide või toodete kontsentratsiooni muutus,
rõhu muutus,
temperatuuri muutus,
katalüsaatori sisestamine reaktsioonikeskkonda.

Le Chatelier’ põhimõte

Kõik ülaltoodud tegurid mõjutavad keemilise tasakaalu nihet, millele allub Le Chatelier põhimõte: kui muudate üht süsteemi tasakaalutingimustest – kontsentratsiooni, rõhku või temperatuuri –, siis tasakaal nihkub reaktsiooni suunas, mis sellele muutusele vastu mõjub. Need. tasakaal kaldub nihkuma suunas, mis viib tasakaaluseisundi rikkumiseni viinud löögi mõju vähenemiseni.

Seega vaatleme eraldi iga nende teguri mõju tasakaaluseisundile.

Mõjutamine muutused reaktiivi või toote kontsentratsioonis näitame näitega Haberi protsess:

N2 (g) + 3H2 (g) \u003d 2NH3 (g)

Kui näiteks lämmastikku lisada tasakaalusüsteemi, mis koosneb N 2 (g), H 2 (g) ja NH 3 (g), siis peaks tasakaal nihkuma selles suunas, mis aitaks kaasa lämmastiku koguse vähenemisele. vesinik selle algväärtuse suunas, need. täiendava koguse ammoniaagi moodustumise suunas (paremal). Samal ajal väheneb ka vesiniku hulk. Kui süsteemi lisatakse vesinikku, nihkub tasakaal ka uue ammoniaagikoguse moodustumise suunas (paremale). Kusjuures ammoniaagi sisseviimine tasakaalusüsteemi vastavalt Le Chatelier põhimõte , põhjustab tasakaalu nihke lähteainete tekkeks soodsa protsessi suunas (vasakule), s.t. ammoniaagi kontsentratsiooni tuleks vähendada, lagundades osa sellest lämmastikuks ja vesinikuks.

Ühe komponendi kontsentratsiooni vähenemine nihutab süsteemi tasakaaluolekut selle komponendi moodustumise suunas.

Mõjutamine rõhu muutused on mõttekas, kui uuritavas protsessis osalevad gaasilised komponendid ja sel juhul toimub molekulide koguarvu muutus. Kui koguarv molekulid jäävad süsteemi püsiv, siis rõhu muutus ei mõjuta selle tasakaalu kohta, näiteks:

I 2 (g) + H 2 (g) \u003d 2HI (g)

Kui tasakaalusüsteemi kogurõhku suurendada selle ruumala vähendamisega, siis tasakaal nihkub ruumala vähenemise suunas. Need. arvu vähenemise suunas gaas süsteemis. Reaktsioonina:

N2 (g) + 3H2 (g) \u003d 2NH3 (g)

4 gaasimolekulist (1 N 2 (g) ja 3 H 2 (g)) tekib 2 gaasimolekuli (2 NH 3 (g)), s.o. rõhk süsteemis väheneb. Selle tulemusena aitab rõhu tõus kaasa täiendava koguse ammoniaagi moodustumisele, s.o. tasakaal nihkub selle kujunemise suunas (paremale).

Kui süsteemi temperatuur on konstantne, siis muutus täisrõhku süsteem ei muuda tasakaalukonstanti TO.

Temperatuuri muutus süsteem ei mõjuta mitte ainult selle tasakaalu nihet, vaid ka tasakaalukonstanti TO. Kui tasakaalusüsteemile konstantsel rõhul antakse lisasoojust, nihkub tasakaal soojuse neeldumise suunas. Kaaluge:

N 2 (g) + 3H 2 (g) \u003d 2NH3 (g) + 22 kcal

Niisiis, nagu näete, toimub edasine reaktsioon soojuse vabanemisega ja vastupidine reaktsioon neeldumisega. Temperatuuri tõustes nihkub selle reaktsiooni tasakaal ammoniaagi lagunemisreaktsiooni suunas (vasakule), sest see on ja nõrgendab välismõju - temperatuuri tõusu. Vastupidi, jahutamine viib tasakaalu nihkeni ammoniaagi sünteesi suunas (paremale), kuna reaktsioon on eksotermiline ja talub jahutamist.

Seega soodustab temperatuuri tõus nihet keemiline tasakaal endotermilise reaktsiooni suunas ja temperatuuri langus eksotermilise protsessi suunas . Tasakaalukostandid kõik eksotermilised protsessid temperatuuri tõusuga langevad ja endotermilised protsessid suurenevad.

9. Kiirus keemiline reaktsioon. Keemiline tasakaal

9.2. Keemiline tasakaal ja selle nihkumine

Enamik keemilisi reaktsioone on pöörduvad, s.t. voolavad samaaegselt nii toodete moodustumise kui ka lagunemise suunas (vasakult paremale ja paremalt vasakule).

Pöörduvate protsesside reaktsioonivõrrandi näited:

N 2 + 3H 2 ⇄ t °, p, kat 2NH 3

2SO 2 + O 2 ⇄ t °, p, kat 2SO 3

H 2 + I 2 ⇄ t ° 2HI

Pöörduvaid reaktsioone iseloomustab eriline olek, mida nimetatakse keemilise tasakaalu seisundiks.

Keemiline tasakaal See on süsteemi olek, kus edasi- ja tagasireaktsiooni kiirused muutuvad võrdseks. Keemilise tasakaalu suunas liikudes väheneb edasisuunalise reaktsiooni kiirus ja reagentide kontsentratsioon, samas kui pöördreaktsioon ja saaduste kontsentratsioon suurenevad.

Keemilises tasakaalus moodustub ajaühikus sama palju toodet kui see laguneb. Selle tulemusena ei muutu keemilises tasakaalus olevate ainete kontsentratsioonid aja jooksul. See aga ei tähenda sugugi, et kõikide ainete tasakaalukontsentratsioonid või massid (mahud) oleksid tingimata üksteisega võrdsed (vt joonis 9.8 ja 9.9). Keemiline tasakaal on dünaamiline (liikuv) tasakaal, mis suudab reageerida välismõjudele.

Tasakaalusüsteemi üleminekut ühest tasakaaluseisundist teise nimetatakse nihkeks või tasakaalu nihe. Praktikas räägitakse tasakaalunihkest reaktsiooniproduktide (paremale) või lähteainete suunas (vasakule); Otsest reaktsiooni nimetatakse reaktsiooniks, mis kulgeb vasakult paremale ja vastupidiseks reaktsiooniks paremalt vasakule. Tasakaaluseisundit näitavad kaks vastassuunalist noolt: ⇄.

Tasakaalu nihutamise põhimõte sõnastas prantsuse teadlane Le Chatelier (1884): väline mõju tasakaalus olevale süsteemile viib selle tasakaalu nihkumiseni suunas, mis nõrgendab välismõju mõju.

Sõnastame tasakaalu nihutamise põhireeglid.

Kontsentratsiooni mõju: aine kontsentratsiooni suurenemisega nihkub tasakaal selle tarbimise suunas ja vähenemisega - moodustumise suunas.

Näiteks H 2 kontsentratsiooni suurenemisega pöörduvas reaktsioonis

H 2 (g) + I 2 (g) ⇄ 2HI (g)

edasisuunalise reaktsiooni kiirus, mis sõltub vesiniku kontsentratsioonist, suureneb. Selle tulemusena nihkub tasakaal paremale. H 2 kontsentratsiooni vähenemisega väheneb otsese reaktsiooni kiirus, mille tulemusena nihkub protsessi tasakaal vasakule.

Temperatuuri mõju: temperatuuri tõustes nihkub tasakaal endotermilise reaktsiooni suunas, langedes aga eksotermilise reaktsiooni suunas.

Oluline on meeles pidada, et temperatuuri tõustes suureneb nii ekso- kui ka endotermiliste reaktsioonide kiirus, kuid rohkem korda - endotermiline reaktsioon, mille korral E a on alati suurem. Temperatuuri langusega mõlema reaktsiooni kiirus väheneb, kuid jällegi enam kordades - endotermiline. Öeldut on mugav illustreerida diagrammiga, kus kiiruse väärtus on võrdeline noolte pikkusega ning tasakaal nihutatakse pikema noole suunas.

Rõhu mõju: rõhu muutus mõjutab tasakaaluseisundit ainult siis, kui reaktsioonis osalevad gaasid ja isegi siis, kui gaasiline aine on ainult ühes keemilise võrrandi osas. Näited reaktsioonivõrranditest:

rõhk mõjutab tasakaalunihet:

3H2 (g) + N2 (g) ⇄ 2NH3 (g),

CaO (tv) + CO 2 (g) ⇄ CaCO 3 (tv);

rõhk ei mõjuta tasakaalunihet:

Cu (tv) + S (tv) = CuS (tv),

NaOH (lahus) + HCl (lahus) = NaCl (lahus) + H 2 O (l).

Rõhu langusega nihkub tasakaal suurema keemilise koguse gaasiliste ainete tekke suunas, tõustes aga väiksema keemilise koguse gaasiliste ainete tekke suunas. Kui gaaside keemilised kogused võrrandi mõlemas osas on samad, siis rõhk keemilise tasakaalu seisundit ei mõjuta:

H2 (g) + Cl2 (g) = 2HCl (g).

Öeldut on lihtne mõista, arvestades, et rõhu muutuse mõju on sarnane kontsentratsiooni muutuse mõjuga: rõhu suurenemisel n korda suureneb kõigi tasakaalus olevate ainete kontsentratsioon sama palju (ja vastupidi).

Reaktsioonisüsteemi mahu mõju: reaktsioonisüsteemi ruumala muutus on seotud rõhu muutumisega ja mõjutab ainult gaasilisi aineid hõlmavate reaktsioonide tasakaaluolekut. Mahu vähenemine tähendab rõhu suurenemist ja nihutab tasakaalu väiksema keemilise koguse gaaside tekke suunas. Süsteemi mahu suurenemine toob kaasa rõhu languse ja tasakaalu nihkumise suurema keemilise koguse gaasiliste ainete tekke suunas.

Katalüsaatori sisestamine tasakaalusüsteemi või selle olemuse muutmine ei nihuta tasakaalu (ei suurenda toote saagist), kuna katalüsaator kiirendab võrdselt nii edasi- kui ka vastupidiseid reaktsioone. See on tingitud asjaolust, et katalüsaator vähendab võrdselt otse- ja pöördprotsesside aktiveerimisenergiat. Miks siis kasutada pöörduvates protsessides katalüsaatorit? Fakt on see, et katalüsaatori kasutamine pöörduvates protsessides aitab kaasa kiirele tasakaalu saavutamisele ja see suurendab tööstusliku tootmise efektiivsust.

Konkreetsed näited erinevate tegurite mõju tasakaalunihkele on toodud tabelis. 9.1 soojuse vabanemisega kulgeva ammoniaagi sünteesi reaktsiooni jaoks. Teisisõnu, pärireaktsioon on eksotermiline ja pöördreaktsioon on endotermiline.

Tabel 9.1

Erinevate tegurite mõju ammoniaagi sünteesireaktsiooni tasakaalunihkele

Tasakaalusüsteemi mõjutegur	Reaktsiooni tasakaalunihke suund 3 H 2 + N 2 ⇄ t, p, kat 2 NH 3 + Q
Vesiniku kontsentratsiooni suurenemine, s (H 2)	Tasakaal nihkub paremale, süsteem reageerib c (H 2) vähenemisega
Ammoniaagi kontsentratsiooni langus, s (NH 3) ↓	Tasakaal nihkub paremale, süsteem reageerib c (NH 3) suurenemisega
Ammoniaagi kontsentratsiooni suurenemine, s (NH 3)	Tasakaal nihkub vasakule, süsteem reageerib c (NH 3) vähenemisega
Lämmastiku kontsentratsiooni langus, s (N 2)↓	Tasakaal nihkub vasakule, süsteem reageerib c suurenemisega (N 2)
Kompressioon (mahu vähendamine, rõhu suurendamine)	Tasakaal nihkub paremale, gaaside mahu vähenemise suunas
Laienemine (mahu suurenemine, rõhu langus)	Tasakaal nihkub vasakule, gaasimahu suurenemise suunas
Suurenev rõhk	Tasakaal nihkub paremale, väiksema gaasimahu suunas
rõhulangus	Tasakaal nihkub vasakule, rohkemate gaaside suunas
Temperatuuri tõus	Tasakaal nihkub vasakule, endotermilise reaktsiooni suunas
Temperatuuri langus	Tasakaal nihkub paremale, eksotermilise reaktsiooni suunas
Katalüsaatori sissepritse	Tasakaal ei nihku

Näide 9.3. Protsessi tasakaalus

2SO 2 (g) + O 2 (g) ⇄ 2SO 3 (g)

ainete kontsentratsioonid (mol / dm 3) SO 2, O 2 ja SO 3 on vastavalt 0,6, 0,4 ja 0,2. Leidke SO 2 ja O 2 algkontsentratsioonid (SO 3 algkontsentratsioon on null).

Lahendus. Reaktsiooni käigus kulub seega SO 2 ja O 2

c ref (SO 2) \u003d c võrdne (SO 2) + c jäätmed (SO 2),

c ref (O 2) = c võrdub (O 2) + c out (O 2).

C väärtus leitakse väärtusest c (SO 3):

x \u003d 0,2 mol / dm 3.

c ref (SO 2) \u003d 0,6 + 0,2 \u003d 0,8 (mol / dm 3).

y \u003d 0,1 mol / dm 3.

c ref (O 2) = 0,4 + 0,1 = 0,5 (mol / dm 3).

Vastus: 0,8 mol / dm 3 SO 2; 0,5 mol/dm3O2.

Eksamiülesannete täitmisel aetakse sageli segamini erinevate tegurite mõju ühelt poolt reaktsioonikiirusele, teisalt aga keemilise tasakaalu nihkele.

Pööratava protsessi jaoks

temperatuuri tõustes suureneb nii edasi- kui ka vastupidise reaktsiooni kiirus; kui temperatuur langeb, väheneb nii edasi- kui ka vastupidise reaktsiooni kiirus;

rõhu suurenemisega suurenevad kõigi gaaside osalusel toimuvate reaktsioonide kiirus, nii otsene kui ka vastupidine. Rõhu langusega väheneb kõigi gaaside osalusel toimuvate reaktsioonide kiirus, nii otsene kui ka vastupidine;

katalüsaatori sisestamine süsteemi või selle asendamine teise katalüsaatoriga ei nihuta tasakaalu.

Näide 9.4. Toimub pöörduv protsess, mida kirjeldab võrrand

N 2 (g) + 3H 2 (g) ⇄ 2NH3 (g) + Q

Mõelge, millised tegurid: 1) suurendavad ammoniaagi reaktsiooni sünteesi kiirust; 2) nihutage tasakaalu paremale:

a) temperatuuri alandamine;

b) rõhu tõus;

c) NH3 kontsentratsiooni vähenemine;

d) katalüsaatori kasutamine;

e) N 2 kontsentratsiooni tõus.

Lahendus. Tegurid b), d) ja e) suurendavad ammoniaagi sünteesi reaktsioonikiirust (nagu ka temperatuuri tõusu, H2 kontsentratsiooni suurenemist); nihutage tasakaalu paremale - a), b), c), e).

Vastus: 1) b, d, e; 2) a, b, c, e.

Näide 9.5. Allpool on toodud pöörduva reaktsiooni energiadiagramm

Loetlege kõik tõesed väited:

a) vastupidine reaktsioon kulgeb kiiremini kui edasiminek;

b) temperatuuri tõustes suureneb pöördreaktsiooni kiirus rohkem kordi kui otsereaktsiooni kiirus;

c) otsene reaktsioon kulgeb soojuse neeldumisega;

d) pöördreaktsiooni korral on temperatuuriteguri γ väärtus suurem.

Lahendus.

a) Väide on õige, kuna E a pööre = 500 - 300 = 200 (kJ) on väiksem kui E a pr = 500 - 200 = 300 (kJ).

b) Väide on vale, otsereaktsiooni kiirus suureneb rohkem kordi, mille puhul E a on suurem.

c) Väide on õige, Q pr \u003d 200 - 300 \u003d -100 (kJ).

d) Väide on vale, γ on suurem otsereaktsiooni korral, mille puhul E a on suurem.

Vastus: a), c).

1. Kõigist teadaolevatest reaktsioonidest eristatakse pöörduvaid ja pöördumatuid reaktsioone. Ioonivahetusreaktsioonide uurimisel loetleti tingimused, mille korral need lõppevad. ().

Samuti on teada reaktsioone, mis antud tingimustes ei lõpe. Näiteks kui vääveldioksiid lahustatakse vees, toimub reaktsioon: SO 2 + H 2 O→ H2SO3. Kuid selgub, et vesilahuses võib tekkida vaid teatud kogus väävelhapet. See on tingitud asjaolust, et väävelhape on habras ja toimub vastupidine reaktsioon, s.t. lagunemine vääveloksiidiks ja veeks. Seetõttu ei lõpe see reaktsioon lõpuni, kuna kaks reaktsiooni toimuvad samaaegselt - otse(vääveloksiidi ja vee vahel) ja tagurpidi(väävelhappe lagunemine). SO2 + H2O↔H2SO3.

Keemilisi reaktsioone, mis toimuvad antud tingimustes vastastikku vastassuunas, nimetatakse pöörduvateks.

2. Kuna keemiliste reaktsioonide kiirus sõltub reagentide kontsentratsioonist, siis algul otsereaktsiooni kiirus ( υ pr) peaks olema maksimaalne ja pöördreaktsiooni kiirus ( υ arr) võrdub nulliga. Reagentide kontsentratsioon aja jooksul väheneb ja reaktsioonisaaduste kontsentratsioon suureneb. Seetõttu edasisuunalise reaktsiooni kiirus väheneb ja vastupidise reaktsiooni kiirus suureneb. Teatud ajahetkel muutuvad edasi- ja tagasireaktsiooni kiirused võrdseks:

Kõigis pöörduvates reaktsioonides edasisuunalise reaktsiooni kiirus väheneb, pöördreaktsiooni kiirus suureneb, kuni mõlemad kiirused muutuvad võrdseks ja tekib tasakaaluseisund:

υ pr =υ arr

Süsteemi olekut, milles edasisuunalise reaktsiooni kiirus on võrdne pöördreaktsiooni kiirusega, nimetatakse keemiliseks tasakaaluks.

Keemilise tasakaalu seisundis jääb reageerivate ainete ja reaktsioonisaaduste kvantitatiivne suhe muutumatuks: mitu reaktsiooniprodukti molekuli moodustub ajaühikus, nii palju neist laguneb. Kuid keemilise tasakaalu seisund säilib seni, kuni reaktsioonitingimused jäävad muutumatuks: kontsentratsioon, temperatuur ja rõhk.

Kvantitatiivselt kirjeldatakse keemilise tasakaalu seisundit massilise tegevuse seadus.

Tasakaaluseisundis on reaktsioonisaaduste kontsentratsioonide (nende koefitsientide astmetes) korrutise suhe reagentide kontsentratsioonide korrutisesse (ka nende koefitsientide astmetes) konstantne väärtus, mis ei sõltu algkontsentratsioonidest. ainete sisaldust reaktsioonisegus.

Seda konstanti nimetatakse tasakaalukonstant - k

Seega reaktsiooni jaoks: N 2 (G) + 3 H 2 (G) ↔ 2 NH 3 (D) + 92,4 kJ, väljendatakse tasakaalukonstant järgmiselt:

υ 1 =υ 2

υ 1 (otsene reaktsioon) = k 1 [ N 2 ][ H 2 ] 3 , kus– molaarsed tasakaalukontsentratsioonid, = mol/l

υ 2 (vastupidine reaktsioon) = k 2 [ NH 3 ] 2

k 1 [ N 2 ][ H 2 ] 3 = k 2 [ NH 3 ] 2

Kp = k 1 / k 2 = [ NH 3 ] 2 / [ N 2 ][ H 2 ] 3 – tasakaalukonstant.

Keemiline tasakaal sõltub kontsentratsioonist, rõhust, temperatuurist.

Põhimõtemäärab tasakaalulise segamise suuna:

Kui süsteemile, mis on tasakaalus, avaldati väline mõju, nihkub tasakaal süsteemis sellele mõjule vastupidises suunas.

1) Kontsentratsiooni mõju - kui lähteainete kontsentratsiooni suurendada, siis tasakaal nihkub reaktsioonisaaduste tekke suunas.

Näiteks,Kp = k 1 / k 2 = [ NH 3 ] 2 / [ N 2 ][ H 2 ] 3

Reaktsioonisegule lisamisel näiteks lämmastik, st. reaktiivi kontsentratsioon suureneb, K avaldises olev nimetaja suureneb, kuid kuna K on konstant, peab selle tingimuse täitmiseks ka lugeja suurenema. Seega suureneb reaktsioonisaaduse kogus reaktsioonisegus. Sel juhul räägime keemilise tasakaalu nihkest paremale, toote poole.

Seega nihkub reagentide (vedelate või gaasiliste) kontsentratsiooni suurenemine toodete poole, s.t. otsese reaktsiooni suunas. Toodete (vedelate või gaasiliste) kontsentratsiooni suurenemine nihutab tasakaalu reagentide suunas, s.t. tagumise reaktsiooni suunas.

Tahke aine massi muutus ei muuda tasakaaluasendit.

2) Temperatuuri mõju Temperatuuri tõus nihutab tasakaalu endotermilise reaktsiooni suunas.

A)N 2 (D) + 3H 2 (G) ↔ 2NH 3 (D) + 92,4 kJ (eksotermiline – soojuseraldus)

Temperatuuri tõustes nihkub tasakaal ammoniaagi lagunemisreaktsiooni suunas (←)

b)N 2 (D) +O 2 (G) ↔ 2EI(G) – 180,8 kJ (endotermiline – soojusneeldumine)

Temperatuuri tõustes nihkub tasakaal moodustumise reaktsiooni suunas EI (→)

3) Rõhu mõju (ainult gaasiliste ainete puhul) - rõhu suurenemisel nihkub tasakaal moodustise poolei ained, mis hõivavad vähem umbes rütm.

N 2 (D) + 3H 2 (G) ↔ 2NH 3 (G)

1 V - N 2

3 V - H 2

2 V – NH 3

Kui rõhk tõuseb ( P): enne reaktsiooni4 V gaasilised ained → pärast reaktsiooni2 Vgaasilised ained, mistõttu tasakaal nihkub paremale ( → )

Rõhu suurenemisega näiteks 2 korda väheneb gaaside maht sama palju kordi ja seetõttu suurenevad kõigi gaasiliste ainete kontsentratsioonid 2 korda. Kp = k 1 / k 2 = [ NH 3 ] 2 / [ N 2 ][ H 2 ] 3

Sel juhul suureneb K avaldise lugeja 4 võrra korda ja nimetaja on 16 korda, s.o. võrdsus rikutakse. Selle taastamiseks peab kontsentratsioon suurenema ammoniaakja vähendada kontsentratsiooni lämmastikJavesilahke. Tasakaal nihkub paremale.

Seega, kui rõhk suureneb, nihkub tasakaal ruumala vähenemise suunas ja rõhu vähenemisel nihkub see mahu suurenemise suunas.

Rõhu muutus praktiliselt ei mõjuta tahkete ja vedelate ainete mahtu, s.t. ei muuda nende kontsentratsiooni. Järelikult on reaktsioonide tasakaal, milles gaasid ei osale, rõhust praktiliselt sõltumatu.

! Ained, mis mõjutavad keemilise reaktsiooni kulgu katalüsaatorid. Kuid katalüsaatori kasutamisel väheneb nii edasi- kui ka vastupidise reaktsiooni aktiveerimisenergia sama palju ja seetõttu tasakaal ei muutu.

Probleeme lahendama:

nr 1. CO ja O 2 algkontsentratsioonid pöörduvas reaktsioonis

2CO (g) + O 2 (g) ↔ 2 CO 2 (g)

Võrdub vastavalt 6 ja 4 mol/L. Arvutage tasakaalukonstant, kui CO 2 kontsentratsioon tasakaaluhetkel on 2 mol/l.

nr 2. Reaktsioon kulgeb vastavalt võrrandile

2SO 2 (g) + O 2 (g) \u003d 2SO 3 (g) + Q

Märkige, kuhu tasakaal nihkub, kui

a) suurendage rõhku

b) tõsta temperatuuri

c) suurendada hapniku kontsentratsiooni

d) katalüsaatori kasutuselevõtt?