Основна стаття: Принцип Ле Шательє - Брауна
Положення хімічної рівноваги залежить від наступних параметрів реакції: температури, тиску та концентрації. Вплив, який надають ці фактори на хімічну реакцію, підпорядковуються закономірності, яка була висловлена в загальному вигляді 1885 року французьким ученим Ле-Шательє.
Чинники, що впливають на хімічну рівновагу:
1) температура
При збільшенні температури хімічна рівновага зміщується у бік ендотермічної (поглинання) реакції, а при зниженні у бік екзотермічної (виділення) реакції.
CaCO 3 =CaO+CO 2 -Q t →, t↓ ←
N 2 +3H 2 ↔2NH 3 +Q t ←, t↓ →
2) тиск
При збільшенні тиску хімічна рівновага зміщується у бік меншого обсягу речовин, а при зниженні у бік більшого об'єму. Цей принцип діє лише з гази, тобто. якщо реакції беруть участь тверді речовини, всі вони в розрахунок не беруться.
CaCO 3 =CaO+CO 2 P ←, P↓ →
1моль=1моль+1моль
3) концентрація вихідних речовин та продуктів реакції
При збільшенні концентрації однієї з вихідних речовин хімічна рівновага зміщується у бік продуктів реакції, а при підвищенні концентрації продуктів реакції у бік вихідних речовин.
S 2 +2O 2 =2SO 2 [S],[O] →, ←
Каталізатори не впливають на усунення хімічної рівноваги!
Основні кількісні характеристики хімічної рівноваги: константа хімічної рівноваги, міра перетворення, ступінь дисоціації, рівноважний вихід. Поясніть значення цих величин на прикладі конкретних хімічних реакцій.
У хімічній термодинаміці закон діючих мас пов'язує між собою рівноважні активності вихідних речовин і продуктів реакції відповідно до співвідношення:
Активність речовин. Замість активності можуть бути використані концентрація (для реакції в ідеальному розчині), парціальний тиск (реакція в суміші ідеальних газів), фугітивність (реакція в суміші реальних газів);
Стехіометричний коефіцієнт (для вихідних речовин приймається негативним, для продуктів – позитивним);
Константа хімічної рівноваги. Індекс «a» тут означає використання величини активності у формулі.
Ефективність проведеної реакції зазвичай оцінюють, розраховуючи вихід продукту реакції (параграф 5.11). Разом з тим, оцінити ефективність реакції можна також, визначивши, яка частина найважливішої (зазвичай найдорожчої) речовини перетворилася на цільовий продукт реакції, наприклад, яка частина SO 2 перетворилася на SO 3 при виробництві сірчаної кислоти, тобто знайти ступінь перетвореннявихідної речовини.
Нехай коротка схема реакції, що протікає
Тоді ступінь перетворення речовини А на речовину В ( А) визначається наступним рівнянням
де nпрореаг (А) – кількість речовини реагенту А, що прореагував з утворенням продукту, а nвихідний (А) - вихідна кількість речовини реагенту А. 
Природно, що ступінь перетворення може бути виражена як через кількість речовини, а й через будь-які пропорційні йому величини: число молекул (формульних одиниць), масу, обсяг.
Якщо реагент А взятий у нестачі і втратами продукту можна знехтувати, то ступінь перетворення реагенту А зазвичай дорівнює виходу продукту
Виняток – реакції, у яких вихідна речовина свідомо витрачається освіту кількох товарів. Так, наприклад, у реакції
Cl 2 + 2KOH = KCl + KClO + H 2 O
хлор (реагент) однаково перетворюється на хлорид калію та гіпохлорит калію. У цій реакції навіть при 100% виході KClO ступінь перетворення в нього хлору дорівнює 50%.
Відома вам величина – ступінь протолізу (параграф 12.4) – окремий випадок ступеня перетворення:
В рамках ТЕД аналогічні величини називаються ступенем дисоціаціїкислоти або основи (позначаються також як ступінь протолізу). Ступінь дисоціації пов'язаний із константою дисоціації відповідно до закону розведення Оствальда.
В рамках тієї ж теорії рівновага гідролізу характеризується ступенем гідролізу (h), при цьому використовуються наступні вирази, що пов'язують її з вихідною концентрацією речовини ( з) і константами дисоціації слабких кислот (K HA), що утворюються при гідролізі, і слабких основ ( K MOH):
Перше вираження справедливе для гідролізу солі слабкої кислоти, друге – солі слабкої основи, а третє – солі слабкої кислоти та слабкої основи. Всі ці вирази можна використовувати тільки для розбавлених розчинів за ступенем гідролізу не більше 0,05 (5 %).
Зазвичай рівноважний вихід визначають за відомою константою рівноваги, з якою він пов'язаний у кожному конкретному випадку певним співвідношенням.
Вихід продукту можна змінити, змістивши рівновагу реакції у оборотних процесах, впливом таких факторів, як температура, тиск, концентрація.
Відповідно до принципу Ле Шательє рівноважний ступінь перетворення збільшується з підвищенням тиску в ході простих реакцій, а ін. у разі обсяг реакційної суміші не змінюється і вихід продукту не залежить від тиску.
Вплив температури на рівноважний вихід, як і на константу рівноваги, визначається знаком теплового ефекту реакції.
Для більш повної оцінки оборотних процесів використовують так званий вихід від теоретичного (вихід від рівноважного), рівний відношенню дійсно отриманого продукту до кількості, яка вийшла б у стані рівноваги.
ТЕРМІЧНА ДИССОЦІАЦІЯ хімічна
реакція оборотного розкладання речовини, що викликається підвищенням температури.
При Т. д. з однієї речовини утворюється кілька (2H2H+ ОСаО + СО) або одне просте
Рівновага Т. д. встановлюється за діючими масами закону. Воно
може бути охарактеризовано або константою рівноваги, або ступенем дисоціації
(відношенням числа молекул, що розпалися, до загального числа молекул). В
більшості випадків Т. д. супроводжується поглинанням теплоти (прирощення
ентальпії
ДН>0); тому відповідно до Ле Шательє-Брауна принципом
нагрівання посилює її, ступінь зміщення Т. д. з температурою визначається
абсолютним значенням ДН. Тиск перешкоджає Т. д. тим сильніше, чим більшим
зміною (зростанням) числа молей (Ді) газоподібних речовин
ступінь дисоціації від тиску залежить. Якщо тверді речовини не
утворюють твердих розчинів і не знаходяться у високодисперсному стані,
то тиск Т. д. однозначно визначається температурою. Для здійснення Т.
д. твердих речовин (окислів, кристалогідратів та ін.)
важливо знати
темп-ру, при якому тиск дисоціації стає рівним зовнішньому (зокрема,
атмосферного) тиску. Оскільки газ, що виділяється, може подолати
тиск навколишнього середовища, то після досягнення цієї температури процес розкладання
відразу посилюється.
Залежність ступеня дисоціації від температури: ступінь дисоціації зростає при підвищенні температури (підвищення температури призводить до збільшення кінетичної енергії розчинених частинок, що сприяє розпаду молекул на іони) 
Ступінь перетворення вихідних речовин та рівноважний вихід продукту. Способи їх розрахунку за заданої температури. Які дані потрібні для цього? Дайте схему розрахунку будь-якої з цих кількісних характеристик хімічної рівноваги на довільному прикладі.
Ступінь перетворення – кількість реагенту, що прореагував, віднесене до його вихідної кількості. Для найпростішої реакції , де концентрація на вході в реактор або на початку періодичного процесу, концентрація на виході з реактора або поточний момент періодичного процесу. Для довільної реакції, наприклад, 
, відповідно до визначенням розрахункова формула така сама: . Якщо реакції декілька реагентів, то ступінь перетворення можна вважати по кожному з них, наприклад, для реакції 
Залежність ступеня перетворення від часу реакції визначається зміною концентрації реагенту від часу. У початковий момент часу, коли нічого не перетворилося, ступінь перетворення дорівнює нулю. Потім, у міру перетворення реагенту, ступінь перетворення зростає. Для незворотної реакції, коли ніщо не заважає реагенту витратитись повністю, її значення прагне (рис.1) до одиниці (100%). 
Чим більша швидкість витрачання реагенту, яка визначається значенням константи швидкості, тим швидше зростає ступінь перетворення, що представлено на малюнку. Якщо реакція оборотна, то при прагненні реакції до рівноваги ступінь перетворення прагне рівноважного значення, величина якого залежить від співвідношення констант швидкостей прямої та зворотної реакції (від константи рівноваги) (рис.2). 
Рис.2 Вихід цільового продукту Вихід продукту – кількість реально отриманого цільового продукту, віднесене до кількості цього продукту, яке вийшло б, якби весь реагент перейшов у цей продукт (до максимально можливої кількості продукту, що вийшов). Або (через реагент): кількість реагенту, який реально перейшов у цільовий продукт, віднесений до вихідної кількості реагенту. Для найпростішої реакції вихід , а маючи на увазі, що для цієї реакції , 
, тобто. для найпростішої реакції вихід і ступінь перетворення – це та сама величина. Якщо перетворення відбувається зі зміною кількості речовин, наприклад, то відповідно до визначення стехіометричний коефіцієнт повинен увійти в розрахунковий вираз. Відповідно до першим визначенням уявне кількість продукту, що з усього вихідного кількості реагенту, буде цієї реакції вдвічі менше, ніж вихідне кількість реагенту, тобто. , та розрахункова формула . Відповідно до другим визначенням кількість реагенту, що реально перейшло в цільовий продукт буде вдвічі більше, ніж утворилося цього продукту, тобто. , Тоді розрахункова формула. Природно, що обидва вирази однакові. Для складнішої реакції розрахункові формули записуються так само відповідно до визначення, але в цьому випадку вихід вже не дорівнює ступеня перетворення. Наприклад, для реакції , 
. Якщо реакції кілька реагентів, вихід може бути розрахований по кожному з них, якщо до того ж кілька цільових продуктів, то вихід можна вважати на будь-який цільовий продукт по будь-якому реагенту. Як видно з структури розрахункової формули (у знаменнику перебуває постійна величина), залежність виходу від часу реакції визначається залежністю від часу концентрації цільового продукту. Так, наприклад, для реакції 
ця залежність виглядає як на рис.3. 
Рис.3
Ступінь перетворення як кількісна характеристика хімічної рівноваги. Як вплинуть підвищення загального тиску та температури на ступінь перетворення реагенту … у газофазній реакції: ( дано рівняння)? Наведіть обґрунтування відповіді та відповідні математичні вирази.
>> Хімія: Хімічне рівновагуі способи його зміщення У оборотних процесах швидкість прямої реакції спочатку максимальна, а потім зменшується і через те, що зменшуються концентрації вихідних речовин, що витрачаються в освіту продуктів реакції. Навпаки, швидкість зворотної реакції, мінімальна спочатку, збільшується але мірою збільшення концентрації продуктів реакції. Нарешті, настає такий момент, коли швидкості прямої та зворотної реакції стають рівними.
Стан хімічного оборотного процесу називається хімічною рівновагою, якщо при цьому швидкість прямої реакції дорівнює швидкості зворотної реакції.
Хімічне рівновагу є динамічним (рухливим), оскільки за його наступі реакція не припиняється, незмінними залишаються лише концентрації компонентів, тобто ля одиницю часу утворюється таку кількість продуктів реакції, яке перетворюється на вихідні речовини. При постійних температурі та тиску рівновага оборотна реакція може зберігатися невизначено тривалий час.
На виробництві ж найчастіше зацікавлені у переважному перебігу прямої реакції. Наприклад, отримання аміаки, оксиду сірки (VI). оксиду азоту (ІІ). Як вивести систему иэ стану рівноваги? Як впливає на нього зміна зовнішніх умов, за яких протікає той чи інший оборотний хімічний процес?
Зміст уроку конспект урокуопорний каркас презентація уроку акселеративні методи інтерактивні технології Практика завдання та вправи самоперевірка практикуми, тренінги, кейси, квести домашні завдання дискусійні питання риторичні питання від учнів Ілюстрації аудіо-, відеокліпи та мультимедіафотографії, картинки графіки, таблиці, схеми гумор, анекдоти, приколи, комікси притчі, приказки, кросворди, цитати Доповнення рефератистатті фішки для допитливих шпаргалки підручники основні та додаткові словник термінів інші Вдосконалення підручників та уроківвиправлення помилок у підручникуоновлення фрагмента у підручнику елементи новаторства на уроці заміна застарілих знань новими Тільки для вчителів ідеальні урокикалендарний план на рік методичні рекомендаціїпрограми обговорення Інтегровані урокиХімічне рівновагу властиве оборотнимреакцій і не характерно для незворотниххімічні реакції.
Часто при здійсненні хімічного процесу, вихідні реагуючі речовини повністю переходять у продукти реакції Наприклад:
Cu + 4HNO 3 = Cu(NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O
Неможливо отримати металеву мідь, проводячи реакцію у напрямі, т.к. дана реакція необоротна. У таких процесах реагенти повністю перетворюються на продукти, тобто. реакція протікає остаточно.
Але основна частина хімічних реакцій оборотна, тобто. ймовірно паралельне перебіг реакції в прямому і зворотному напрямках. Інакше висловлюючись, реагенти лише частково перетворюються на продукти і реакційна система складатиметься як із реагентів, і із продуктів. Система в даному випадкуперебуває у стані хімічної рівноваги
При оборотних процесах спочатку пряма реакція має максимальну швидкість, яка поступово знижується, у зв'язку зі зменшенням кількості реагентів. Зворотна реакція, навпаки, має мінімальну швидкість, яка збільшується в міру накопичення продуктів. Зрештою, настає момент, коли швидкості обох реакцій стають рівними – система входить у стан рівноваги. При настанні стану рівноваги концентрації компонентів залишаються незмінними, але хімічна реакція при цьому не припиняється. Т.ч. - Це динамічний (рухливий) стан. Для наочності наведемо наступний малюнок:
Допустимо, протікає якась оборотна хімічна реакція:
а А + b В = С + d D
тоді, виходячи із закону діючих мас, запишемо висловлювання для прямийυ 1 та зворотнійυ 2 реакцій:
υ1 = k 1 · [A] a · [B] b
υ2 = k 2 · [C] c · [D] d
В стані хімічної рівноваги, Швидкості прямої і зворотної реакції рівні, тобто:
k 1 · [A] a · [B] b = k 2 · [C] c · [D] d
отримуємо
До= k 1 / k 2 = [C] c · [D] d · [A] a · [B] b
Де К =k 1 / k 2 – константа рівноваги.
Для будь-якого оборотного процесу, за заданих умов kє величиною незмінною. Вона залежить від концентрацій речовин, т.к. при зміні кількості однієї речовини, кількості інших компонентів також змінюються.
При зміні умов протікання хімічного процесу, можливе усунення рівноваги.
Чинники, що впливають на зміщення рівноваги:
- зміна концентрацій реагентів або продуктів,
- зміна тиску,
- зміна температури,
- внесення каталізатора у реакційне середовище.
Принцип Ле-Шательє
Всі перераховані вище фактори впливають на зміщення хімічної рівноваги, яке підпорядковується принципом Ле-Шательє: якщо змінити одне з умов, у якому система перебуває у стані рівноваги – концентрацію, тиск чи температуру, — то рівновага зміститься у бік тієї реакції, яка протидіє цій зміні.Тобто. рівновагу прагне зміщення у напрямі, що призводить до зменшення впливу впливу, що призвело до порушення стану рівноваги.
Отже, розглянемо окремо вплив кожного з факторів на стан рівноваги.
Вплив зміни концентрацій реагентів чи продуктів покажемо на прикладі процесу Габера:
N 2(г) + 3H 2(г) = 2NH 3(г)
Якщо до рівноважної системи, що складається з N 2(г) , H 2(г) і NH 3(г) , додати, наприклад, азот, то рівновага повинна зміститися в напрямку, яке сприяло б зменшенню кількості водню у бік його вихідного значення, тобто. у напрямі утворення додаткової кількості аміаку (праворуч). При цьому одночасно відбудеться зменшення кількості водню. При додаванні в систему водню також відбудеться зміщення рівноваги у бік утворення нової кількості аміаку (вправо). Тоді як внесення до рівноважної системи аміаку, згідно принципом Ле-Шательє , Викличе зміщення рівноваги у бік того процесу, який сприятливий для утворення вихідних речовин (вліво), тобто. концентрація аміаку має зменшитися за допомогою розкладання деякої його кількості на азот та водень.
Зменшення концентрації одного з компонентів, змістить рівноважний стан системи у бік утворення цього компонента.
Вплив зміни тиску має сенс, якщо в досліджуваному процесі беруть участь газоподібні компоненти і має зміну загального числа молекул. Якщо загальне числомолекул у системі залишається постійним, то зміна тиску не впливаєна її рівновагу, наприклад:
I 2(г) + H 2(г) = 2HI(г)
Якщо повний тиск рівноважної системи збільшувати шляхом зменшення її обсягу, то рівновага зміститься у бік зменшення обсягу. Тобто. у бік зменшення числа газув системі. У реакції:
N 2(г) + 3H 2(г) = 2NH 3(г)
з 4 молеул газу (1 N 2(г) та 3 H 2(г)) утворюється 2 молекули газу (2 NH 3(г)), тобто. тиск у системі зменшується. У результаті зростання тиску сприятиме освіті додаткової кількості аміаку, тобто. рівновага зміститься у бік її освіти (праворуч).
Якщо температура системи стала, то зміна повного тискусистеми не призведе до зміни константи рівноваги До.
Зміна температури системи впливає як зміщення її рівноваги, але й у константу рівноваги До.Якщо рівноважній системі, при постійному тиску, повідомляти додаткову теплоту, то рівновага зміститься у бік поглинання теплоти. Розглянемо:
N 2(г) + 3H 2(г) = 2NH 3(г) + 22 ккал
Отже, очевидно, пряма реакція протікає із теплоти, а зворотна – з поглинанням. При збільшенні температури, рівновага цієї реакції зміщується у бік реакції розкладання аміаку (ліворуч), т.к. вона є і послаблює зовнішню дію – підвищення температури. Навпаки, охолодження призводить до усунення рівноваги у бік синтезу аміаку (вправо), т.к. реакція є екзотермічною та протидіє охолодженню.
Таким чином, зростання температури сприяє зміщенню хімічної рівновагиу бік ендотермічної реакції, а падіння температури – у напрямку екзотермічного процесу . Константи рівновагивсіх екзотермічних процесів при зростанні температури зменшуються, а ендотермічних – збільшуються.
9. Швидкість хімічної реакції. Хімічне рівновагу
9.2. Хімічне рівновагу та її зміщення
Більшість хімічних реакцій є оборотними, тобто. одночасно протікають як у бік утворення продуктів, так і у бік їхнього розпаду (зліва направо і праворуч наліво).
Приклади рівнянь реакцій оборотних процесів:
N 2 + 3H 2 ⇄ t ° , p , кат 2NH 3
2SO 2 + O 2 ⇄ t ° , p , кат 2SO 3
H 2 + I 2 ⇄ t ° 2HI
Оборотні реакції характеризуються особливим станом, який називається станом хімічної рівноваги.
Хімічне рівновагу- це такий стан системи, при якому швидкості прямої та зворотної реакцій стають рівними. При русі до хімічної рівноваги швидкість прямої реакції та концентрація реагентів зменшуються, а зворотної та концентрації продуктів – зростають.
У стані хімічної рівноваги в одиницю часу утворюється стільки продукту, як і розпадається. В результаті концентрації речовин, що перебувають у стані хімічної рівноваги, з часом не змінюються. Однак це зовсім не означає, що рівноважні концентрації або маси (обсяги) всіх речовин обов'язково рівні між собою (див. рис. 9.8 та 9.9). Хімічна рівновага - це динамічна (рухлива ) рівновага, яка може відгукуватися на зовнішній вплив.
Перехід рівноважної системи з одного рівноважного стану до іншого називається зміщенням або зрушенням рівноваги. На практиці говорять про зміщення рівноваги у бік продуктів реакції (вправо) або у бік вихідних речовин (ліворуч); Прямою називають реакцію, що протікає зліва направо, а зворотної - справа наліво. Стан рівноваги показують двома протилежно спрямованими стрілками: ⇄.
Принцип усунення рівновагибув сформульований французьким ученим Ле Шательє (1884): зовнішній вплив на систему, що перебуває в рівновазі, призводить до зміщення цієї рівноваги в напрямку, що послаблює ефект зовнішнього впливу
Сформулюємо основні правила усунення рівноваги.
Вплив концентрації: при збільшенні концентрації речовини рівновага зміщується у бік його витрати, а при зменшенні - у бік її утворення.
Наприклад, при збільшенні концентрації H 2 у оборотній реакції
H 2 (г) + I 2 (г) ⇄ 2HI (г)
швидкість прямої реакції, що залежить від концентрації водню, збільшиться. В результаті рівновага зміститься праворуч. При зменшенні концентрації H 2 швидкість прямої реакції зменшиться, в результаті рівновага процесу зміститься вліво.
Вплив температури: при підвищенні температури рівновага зміщується у бік ендотермічної реакції, а при зниженні - у бік екзотермічної реакції.
Важливо пам'ятати, що при збільшенні температури зростає швидкість як екзо-, так і ендотермічної реакції, але в більша кількістьраз - ендотермічної реакції, на яку Е а завжди більше. При зменшенні температури зменшується швидкість обох реакцій, але знову ж таки в більшу кількість разів - ендотермічної. Сказане зручно проілюструвати схемою, де значення швидкості пропорційно довжині стрілок, а рівновага зміщується у бік довшої стрілки.
Вплив тиску: Зміна тиску впливає на стан рівноваги тільки в тому випадку, коли в реакції беруть участь гази, і навіть тоді, коли газоподібна речовина знаходиться тільки в одній частині хімічного рівняння. Приклади рівнянь реакцій:
- тиск впливає на зсув рівноваги:
3H 2 (г) + N 2 (г) ⇄ 2NH 3 (г),
CaO (тв) + CO 2 (г) ⇄ CaCO 3 (тв);
- тиск не впливає на усунення рівноваги:
Cu (тв) + S (тв) = CuS (тв),
NaOH (р-р) + HCl (р-р) = NaCl (р-р) + H2O(ж).
При зменшенні тиску рівновага зміщується у бік утворення більшої хімічної кількості газоподібних речовин, а при збільшенні – у бік утворення меншої хімічної кількості газоподібних речовин. Якщо хімічні кількості газів в обох частинах рівняння однакові, то тиск не впливає на стан хімічної рівноваги:
H 2 (г) + Cl 2 (г) = 2HCl (г).
Сказане легко зрозуміти, враховуючи, що дія зміни тиску аналогічна дії зміни концентрації: при збільшенні тиску в n разів у стільки ж разів зростає концентрація всіх речовин, що знаходяться в рівновазі (і навпаки).
Вплив обсягу реакційної системи: зміна обсягу реакційної системи пов'язана зі зміною тиску та впливає тільки на стан рівноваги реакцій за участю газоподібних речовин. Зменшення обсягу означає збільшення тиску та зміщує рівновагу у бік утворення меншої хімічної кількості газів. Збільшення обсягу системи призводить до зменшення тиску та зміщення рівноваги у бік утворення більшої хімічної кількості газоподібних речовин.
Введення у рівноважну систему каталізатора чи зміна його природи не зміщує рівновагу (не збільшує вихід продукту), оскільки каталізатор однаковою мірою прискорює і пряму, і зворотну реакції. Це пов'язано з тим, що каталізатор рівною мірою зменшує енергію активації прямого та зворотного процесів. Тоді навіщо ж у оборотних процесах використовують каталізатор? Справа в тому, що використання каталізатора в оборотних процесах сприяє якнайшвидшому наступу рівноваги, а це збільшує ефективність промислового виробництва.
Конкретні прикладивпливу різних факторів на зсув рівноваги наведено у табл. 9.1 для реакції синтезу аміаку, що протікає із виділенням теплоти. Іншими словами, пряма екзотермічна реакція, а зворотна - ендотермічна.
Таблиця 9.1
Вплив різних факторів на усунення рівноваги реакції синтезу аміаку
| Чинник впливу на рівноважну систему | Напрямок зміщення рівноваги реакції 3 Н 2 + N 2 t , p , кат 2 NН 3 + Q |
|---|---|
| Збільшення концентрації водню, c (H2) | Рівнавага зміщується праворуч, система відповідає зменшенням c (H 2) |
| Зменшення концентрації аміаку, c (NH 3)↓ | Рівнавага зміщується праворуч, система відповідає збільшенням c (NH 3) |
| Збільшення концентрації аміаку, c (NH 3) | Рівнавага зміщується вліво, система відповідає зменшенням c (NH 3) |
| Зменшення концентрації азоту, c (N 2)↓ | Рівнавага зміщується вліво, система відповідає збільшенням c (N 2) |
| Стиснення (зменшення обсягу, підвищення тиску) | Рівнавага зміщується вправо, у бік зменшення обсягу газів |
| Розширення (збільшення обсягу, зниження тиску) | Рівнавага зміщується вліво, у бік збільшення обсягу газу |
| Підвищення тиску | Рівнавага зміщується вправо, у бік меншого обсягу газу |
| Зниження тиску | Рівнавага зміщується вліво, у бік більшого обсягу газів |
| Підвищення температури | Рівнавага зміщується вліво, у бік ендотермічної реакції |
| Зниження температури | Рівнавага зміщується вправо, у бік екзотермічної реакції |
| Внесення каталізатора | Рівнавага не зміщується |
Приклад 9.3. У стані рівноваги процесу
2SO 2 (г) + O 2 (г) ⇄ 2SO 3 (г)
концентрації речовин (моль/дм 3) SO 2 , O 2 і SO 3 відповідно дорівнюють 0,6, 0,4 та 0,2. Знайдіть вихідні концентрації SO 2 та O 2 (вихідна концентрація SO 3 дорівнює нулю).
Рішення. У ході реакції SO 2 та O 2 витрачаються, тому
c ісх (SO 2) = c рівн (SO 2) + c ізрасх (SO 2),
c ісх (O 2) = c рівн (O 2) + c росх (O 2).
Значення c зрасх знаходимо по c (SO 3):
x = 0,2 моль/дм3.
c вих (SO 2) = 0,6 + 0,2 = 0,8 (моль/дм 3).
y = 0,1 моль/дм3.
c вих (O 2) = 0,4 + 0,1 = 0,5 (моль/дм 3).
Відповідь: 0,8 моль/дм 3 SO 2; 0,5 моль/дм 3 O 2 .
При виконанні екзаменаційних завдань часто плутають вплив різних факторів, з одного боку, на швидкість реакції, з другого - на зміщення хімічної рівноваги.
Для оборотного процесу
у разі підвищення температури зростає швидкість як прямої, і зворотної реакції; при зниженні температури зменшується швидкість як прямої, і зворотної реакції;
при підвищенні тиску зростають швидкості всіх реакцій, що протікають за участю газів - і прямий, і зворотній. При зниженні тиску зменшується швидкість всіх реакцій, що протікають за участю газів, - і пряма, і зворотна;
введення в систему каталізатора або його заміна інший каталізатор рівновагу не зміщують.
Приклад 9.4. Протікає оборотний процес, що описується рівнянням
N 2 (г) + 3H 2 (г) ⇄ 2NH 3 (г) + Q
Розгляньте, які фактори: 1) збільшують швидкість синтезу реакції аміаку; 2) зміщують рівновагу вправо:
а) зниження температури;
б) підвищення тиску;
в) зменшення концентрації NH3;
г) використання каталізатора;
д) збільшення концентрації N2.
Рішення. Збільшують швидкість реакції синтезу аміаку фактори б), г) та д) (а також підвищення температури, збільшення концентрації Н 2); зміщують рівновагу вправо - а), б), в), д).
Відповідь: 1) б, г, д; 2) а, б, в, буд.
Приклад 9.5. Нижче наведено енергетичну схему оборотної реакції
Вкажіть усі справедливі твердження:
а) зворотна реакція протікає швидше, ніж пряма;
б) з підвищенням температури швидкість зворотної реакції зростає у більше разів, ніж прямої реакції;
в) пряма реакція протікає із поглинанням теплоти;
г) величина температурного коефіцієнта більша для зворотної реакції.
Рішення.
а) Твердження правильне, оскільки Е а обр = 500 − 300 = 200 (кДж) менше Е а пр = 500 − 200 = 300 (кДж).
б) Твердження неправильне, у більше разів зростає швидкість прямої реакції, на яку Е а більше.
в) Твердження правильне, Q пр = 200 − 300 = −100 (кДж).
г) Твердження неправильне, γ більше для прямої реакції, у разі якої більше Е а.
Відповідь: а), в).
1. Серед усіх відомих реакцій розрізняють реакції оборотні та необоротні. При вивченні реакцій іонного обміну було перераховано умови, у яких вони протікають остаточно. ().
Відомі такі реакції, які за цих умов остаточно не йдуть. Так, наприклад, при розчиненні у воді сірчистого газу відбувається реакція: SO 2 +H 2 O→ H 2 SO 3 . Але виявляється, що у водному розчині може утворитися лише певна кількість сірчистої кислоти. Це тим, що сірчиста кислота неміцна, і відбувається зворотна реакція, тобто. розкладання на оксид сірки та воду. Отже, дана реакція не йде до кінця тому, що одночасно відбувається дві реакції. пряма(між оксидом сірки та водою) та зворотна(Розкладання сірчистої кислоти). SO 2 +H 2 O↔ H 2 SO 3 .
Хімічні реакції, що протікають за цих умов у взаємно протилежних напрямках, називаються оборотними.
2. Оскільки швидкість хімічних реакцій залежить від концентрації речовин, що реагують, то спочатку швидкість прямої реакції( υ пр) повинна бути максимальною, а швидкість зворотної реакції ( υ обр) дорівнює нулю. Концентрація реагуючих речовин з часом зменшується, а концентрація продуктів реакції збільшується. Тому швидкість прямої реакції зменшується, а швидкість зворотної реакції збільшується. У певний момент часу швидкість прямої та зворотної реакцій стають рівними:
У всіх оборотних реакціях швидкість прямої реакції зменшується, швидкість зворотної реакції зростає доти, поки обидві швидкості не стануть рівними і не встановиться стан рівноваги:
υ пр =υ обр
Стан системи, у якому швидкість прямої реакції дорівнює швидкості зворотної реакції, називають хімічною рівновагою.
У стані хімічної рівноваги кількісне співвідношення між реагуючими речовинами та продуктами реакції залишається постійним: скільки молекул продукту реакції в одиницю часу утворюється, стільки їх і розкладається. Однак стан хімічної рівноваги зберігається доти, доки залишаються незмінними умови реакції: концентрація, температура та тиск.
Кількісно стан хімічної рівноваги описується законом чинних мас.
При рівновазі відношення добутку концентрацій продуктів реакції (у ступенях їх коефіцієнтів) до твору концентрацій реагентів (теж у ступенях їх коефіцієнтів) є величина постійна, що не залежить від вихідних концентрацій речовин у реакційній суміші.
Ця постійна величина називається константою рівноваги - k
Так для реакції: N 2 (Г) + 3 H 2 (Г) ↔ 2 NH 3 (Г) + 92,4 кДжконстанта рівноваги виражається так:
υ 1 =υ 2
υ 1 (прямий реакції) = k 1 [ N 2 ][ H 2 ] 3 , де– рівноважні молярні концентрації = моль/л
υ 2 (зворотної реакції) = k 2 [ NH 3 ] 2
k 1 [ N 2 ][ H 2 ] 3 = k 2 [ NH 3 ] 2
K p = k 1 / k 2 = [ NH 3 ] 2 / [ N 2 ][ H 2 ] 3 – константа рівноваги.
Хімічна рівновага залежить – від концентрації, тиску, температури.
Принципвизначає напрям змішування рівноваги:
Якщо систему, що у рівновазі надали зовнішнє вплив, то рівновага у системі зміститься убік зворотну цьому впливу.
1) Вплив концентрації – якщо збільшити концентрацію вихідних речовин, то рівновага зміщується у бік утворення продуктів реакції.
Наприклад,K p = k 1 / k 2 = [ NH 3 ] 2 / [ N 2 ][ H 2 ] 3
При додаванні в реакційну суміш, наприклад азоту, тобто. зростає концентрація реагенту, знаменник у виразі для До збільшується, але оскільки К – константа, то виконання цієї умови має збільшитися і чисельник. Таким чином, реакційної суміші зростає кількість продукту реакції. У разі говорять про зміщення хімічного рівноваги вправо, убік продукту.
Отже, збільшення концентрації реагентів (рідких чи газоподібних) зміщує убік продуктів, тобто. у бік прямої реакції. Збільшення концентрації продуктів (рідких чи газоподібних) зміщує рівновагу у бік реагентів, тобто. у бік зворотної реакції.
Зміна маси твердої речовини не змінює положення рівноваги.
2) Вплив температури - Збільшення температури зміщує рівновагу в бік ендотермічної реакції.
а)N 2 (Г) + 3H 2 (Г) ↔ 2NH 3 (Г) + 92,4 кДж (екзотермічна – виділення тепла)
При підвищенні температури рівновага зміститься у бік реакції розкладання аміаку (←)
б)N 2 (Г) +O 2 (Г) ↔ 2NO(Г) - 180,8 кДж (ендотермічна -поглинання тепла)
При підвищенні температури рівновага зміститься у бік реакції утворення NO (→)
3) Вплив тиску (тільки для газоподібних речовин) – при збільшенні тиску, рівновага зміщується у бік утворенняя речовин, що займають менший проб'єм.
N 2 (Г) + 3H 2 (Г) ↔ 2NH 3 (Г)
1 V - N 2
3 V - H 2
2 V – NH 3
При підвищенні тиску ( P): до реакції4 V газоподібних речовин → після реакції2 Vгазоподібних речовин, отже, рівновага зміщується вправо ( → )
При збільшенні тиску, наприклад, у 2 рази, обсяг газів зменшується в таку ж кількість разів, а отже, концентрації всіх газоподібних речовин зростуть у 2 рази. K p = k 1 / k 2 = [ NH 3 ] 2 / [ N 2 ][ H 2 ] 3
У цьому випадку чисельник виразу для К збільшиться в 4 рази, а знаменник у 16 разів, тобто. рівність порушиться. Для його відновлення має зрости концентрація аміакута зменшитися концентрації азотуіводороду. Рівнавага зміститься праворуч.
Отже, у разі підвищення тиску рівновага зміщується у бік зменшення обсягу, при зниженні тиску – убік збільшення обсягу.
Зміна тиску мало позначається обсягом твердих і рідких речовин, тобто. не змінює їхню концентрацію. Отже, рівновага реакцій, у яких гази беруть участь, мало залежить від тиску.
! На протязі хімічної реакції впливають речовини. каталізатори.Але при використанні каталізатора знижується енергія активації як прямої, так і зворотної реакції на ту саму величину і тому рівновага не зміщується.
Розв'яжіть завдання:
№1. Вихідні концентрації СО та O 2 у оборотній реакції
2CO(г) + O2(г)↔2CO2(г)
Рівні відповідно 6 та 4 моль/л. Обчисліть константу рівноваги, якщо концентрація CO 2 у момент рівноваги дорівнює 2 моль/л.
№2. Реакція протікає за рівнянням
2SO 2 (г) + O 2 (г) = 2SO 3 (г) + Q
Вкажіть, куди зміститься рівновага, якщо
а) збільшити тиск
б) підвищити температуру
в) збільшити концентрацію кисню
г) запровадження каталізатора?
Завантаження...