Смещение реакции при уменьшении давления. Химическое равновесие и создание условий для его смещения

Состояние химического равновесия зависит от целого ряда факторов: температуры, давления, концентрации реагирующих веществ. Рассмотрим подробнее влияние этих факторов.

Изменение концентрации компонентов равновесной системы при постоянной температуре смещает равновесие, однако, значение константы равновесия при этом не меняется. Если для реакции увеличить концентрацию вещества А (или В), то скорость прямой реакции, увеличится, а скорость обратной реакции в начальный момент времени не изменится. Равновесие нарушится. Затем концентрация исходных веществ начнет уменьшаться, а концентрация продуктов реакции - увеличиваться, и это будет происходить до тех пор, пока не установится новое равновесие. В таких случаях говорят, что равновесие смещается в сторону образования продуктов реакции или смещается вправо.

Рассуждая таким же образом, определите самостоятельно, куда сместится равновесие, если увеличить концентрацию вещества С; уменьшить концентрацию вещества D.

Изменяя концентрации компонентов, можно смещать равновесие в нужную сторону, увеличивая или уменьшая выход продуктов реакции; добиваясь более полного использования исходных веществ или, напротив

Для выполнения второго задания вспомним, что прямая реакция будет протекать до тех пор, пока не закончится один из компонентов А пли В. Из уравнения реакции видно, что реагенты вступают в реакцию в эквимолярных* количествах, к тому же их концентрации по условию задачи равны. Следовательно, вещества А и В, вступая в реакцию, закончатся одновременно. Из уравнения реакции также видно, что при превращении одного моля вещества A oбразуются два моля вещества C и один моль вещества D. Поэтому, к уже имеющемуся в системе количеству веществ С и D, добавится ещё некоторое их количество. Проведя несложный расчет, получим искомый результат:

[A] = [B] = 0 моль/л; [C] = 2 +2 = 4 моль/л; [D] = 2 +1 = 3 моль/л.

Проведите аналогичное рассуждение для третьего задания, помня о том, что вещества С и D вступают в реакцию в соотношении 2:1, и расчет нужно вести по количеству вещества, находящегося в недостатке (определите это вещество). Проделайте вычисления и получите результат:

[А] = [В] = 1+2/2 = 2 моль/л; [С] = 0 моль/л; [D] = 2-2/2 = 1 моль/л.

Константа равновесия реакции А+В С + D равна единице. Начальная концентрация [А]о = 0,02 моль/л. Сколько процентов вещества А подвергнется превращению, если начальные концентрации [В]о равны 0,02; 0,1; 0,2?

Обозначим через x равновесную концентрацию вещества А и запишем выражение для константы равновесия. Равновесная концентрация вещества В также будет равна х. Концентрации продуктов реакции (C и D) будут равны между собой и равны 0,02-х. (Покажите это, пользуясь уравнением реакции.)

Запишем выражение для константы равновесия.

Кравн. = (0,02 - х)(0,02 - х)/х2 = 1

Решив уравнение относительно х, получим результат: х = 0,01. Следовательно, в первом случае превращению подверглась половина вещества А (или 50%).

Для второго случая константа равновесия будет равна

Кравн. = (0,02 - х)(0,02 - х)/(0,1- (0,02 - х)) = 1

Самостоятельно получите это выражение и, решив уравнение, проверьте полученный результат (х = 0,003). Следовательно, в реакцию вступило (0,02 - 0,003) моль вещества А, что составляет 83,5%.

Решите задачу для третьего случая самостоятельно, а также решите эту же задачу, обозначив за х количество вещества, вступившего в реакцию.

Из полученных результатов можно сделать важный вывод. Для увеличения доли вещества, вступающего в реакцию при постоянной константе равновесия, нужно увеличить в системе количество второго реагента. Подобная задача встает, например, при утилизации отходов химическим путем.

При повышении температуры скорость как прямой, так и обратной реакции будет возрастать, но если прямая реакция эндотермическая (?Н > 0), то скорость прямой реакции будет возрастать сильнее, чем скорость обратной, и равновесие смещается в сторону образования продуктов, или вправо. При отрицательном тепловом эффекте прямой реакции (экзотермическая реакция), сильнее будет возрастать скорость обратной реакции, и равновесие сместится влево.

Рассмотрите самостоятельно все возможные случаи смещения равновесия при уменьшении температуры.

На рисунке 5 видно, что разность Е"a - Е"а равна?Н реакции, значит значение константы равновесия зависит от величины теплового эффекта реакции т.е. от того, является реакция эндо- или экзотермической.

Константа равновесия некоторой реакции при 293°К равна 5 10-3, а при 1000°К cocтавляет 2 10-6. Каков знак теплового эффекта этой реакции?

Из условия задачи следует, что при повышении температуры константа равновесия уменьшается. Используем выражение (22) и посмотрим, какой должен быть знак ДH реакции, чтобы константа уменьшилась.

Kравн. представлена показательной функцией, значение которой уменьшается с уменьшением аргумента, в нашем случае - значения выражения ДH/RT. Для того чтобы значение аргумента уменьшалось, нужно чтобы величина ДH была отрицательной. Следовательно, рассматриваемая реакция является экзотермической.

Изменение давления заметно сказывается на состоянии систем, включающих газообразные компоненты. В этом случае, в соответствии с газовыми законами происходит изменение объема системы, а это ведет к изменению концентрации газообразных веществ (или их парциальных давлений). Так, при увеличении давления объем будет уменьшаться, а концентрация газообразных веществ - увеличиваться. Увеличение концентрации ведет, как уже нам известно, к смещению равновесия в сторону расходования реагента, увеличившего свою концентрацию. В данном случае это можно сформулировать несколько иначе. ?При увеличении давления равновесие смещается в сторону меньшего количества газообразных веществ или, проще говоря, в сторону уменьшения числа молекул газообразных веществ. Концентрация твердых и жидких веществ от давления не меняется.

Рассмотрим классический пример синтеза аммиака из азота и водорода

3H2 + N2 - 2NH3 , (ДH < 0).

Поскольку система состоит только из газообразных веществ, а при образовании аммиака число молекул уменьшается, то при увеличении давления равновесие сместится вправо, в сторону большего выхода аммиака. Поэтому, промышленный синтез аммиака осуществляется при повышенном давлении.

Предложите самостоятельно температурные условия синтеза аммиака, зная тепловой эффект реакции и при условии максимального выхода продукта. Как эти условия соотносятся с кинетическими факторами протекания процесса?

Как повлияет на равновесие следующих реакций увеличение давления?

химический кинетика катализатор ингибитор

CaCO3(к.) - CaO(к.) + CO2(г.);

4Fe(к.) + 3O2(г.) - 2Fe2O3(к.).

В первой реакции газообразным является только углекислый газ CO2, поэтому при увеличении давления равновесие сместится влево, в сторону уменьшения количества газообразного вещества.

Второй случай рассмотрите самостоятельно.

Как нужно изменить давление в этих реакциях, чтобы добиться большего выхода продуктов?

Все случаи изменения состояния равновесной системы при внешних воздействиях можно обобщить, сформулировав принцип Ле Шателье:

Если на систему, находящуюся в состоянии равновесия, оказать внешнее воздействие, то равновесие смещается в том направлении, которое ослабляет эффект внешнего воздействия.

Проверьте, выполняется ли принцип Ле Шателье во всех рассмотренных выше случаях.

Приведите самостоятельно примеры смещения равновесий при изменении внешних условий и объясните их на основе принципа Ле-Шателье.

Итак, нами рассмотрены основные вопросы, связанные с закономерностями протекания химических реакций. Знание этих закономерностей позволит осмысленно влиять на условия проведения тех или иных процессов с целью получения оптимального результата.

Вопросы для самоконтроля

• 1. Какие реакции называются обратимыми?
• 2. Как и почему изменяются скорости прямой и обратной реакций с течением времени?
• 3. Что называется химическим равновесием?
• 4. Какая величина количественно характеризует химическое равновесие?
• 5. От чего зависит величина константы равновесия: концентрация реагирующих веществ; природа реагирующих веществ; общее давление; температура; наличие катализатора?
• 6. Какие признаки характерны для истинного химического равновесия?
• 7. В чем отличие ложного химического равновесия от истинного равновесия?
• 8. Дайте формулировку принципа Ле Шателье.
• 9. Сформулируйте следствия из принципа Ле Шателье.

Задание 1 из 15

1 .

При уменьшении общего давления равновесие сместится в сторону продуктов в реакции

Правильно


е

Неправильно


Согласно прин­ципу Ле Ша­те­лье — по­ни­же­ние дав­ле­ния при­ве­дет к уси­ле­нию про­цес­сов уве­ли­чи­ва­ю­щих дав­ле­ние, зна­чит, рав­но­ве­сие сме­стит­ся в сто­ро­ну боль­ше­го ко­ли­че­ства га­зо­об­раз­ных ча­стиц (ко­то­рые и со­зда­ют дав­ле­ние). Только во втором случае в продуктах (в правой части уравнения) находится больше газообразных веществ, чем в реагентах (в левой части уравнения).

1. Задание 2 из 15

   2 .

   Химическое равновесие в системе

   С 4 H 10(г) ⇄ С 4 H 6(г) + 2H 2(г) − Q

   сместится в сторону исходных веществ при

   Правильно
   

   Согласно прин­ципу Ле Ша­те­лье —

   Неправильно
   

   Согласно прин­ципу Ле Ша­те­лье — Если на равновесную систему воздействовать извне, изменяя какой-нибудь из факторов, определяющих положение равновесия, то в системе усилится то направление процесса, которое ослабляет это воздействие.

   При по­ниже­нии тем­пе­ра­ту­ры (внеш­нее воз­дей­ствие- охлаждении системы) си­сте­ма будет стре­мить­ся повысить тем­пе­ра­ту­ру, зна­чит уси­ли­ва­ет­ся экзотермический про­цесс (обратная реакция), рав­но­ве­сие сме­стит­ся влево, в сто­ро­ну ре­а­ген­тов.

2. Задание 3 из 15

   3 .

   Равновесие в реакции

   СаСO 3(тв) = СаО (тв) + СO 2(г) — Q

   сместится в сторону продуктов при

   Правильно
   

   Согласно прин­ципу Ле Ша­те­лье — е сли на равновесную систему воздействовать извне, изменяя какой-нибудь из факторов, определяющих положение равновесия, то в системе усилится то направление процесса, которое ослабляет это воздействие —

   Неправильно
   

   Согласно прин­ципу Ле Ша­те­лье — е сли на равновесную систему воздействовать извне, изменяя какой-нибудь из факторов, определяющих положение равновесия, то в системе усилится то направление процесса, которое ослабляет это воздействие — при по­вы­ше­нии тем­пе­ра­ту­ры (нагревании) си­сте­ма будет стре­мить­ся по­ни­зить тем­пе­ра­ту­ру, зна­чит уси­ли­ва­ет­ся про­цесс по­гло­ща­ю­щий тепло, рав­но­ве­сие сме­стит­ся в сто­ро­ну эн­до­тер­ми­че­ской ре­ак­ции, т.е. в сто­ро­ну продуктов.

3. Задание 4 из 15

   4 .

   Равновесие в реакции

   С 2 Н 4 (г) + Н 2 O(г) = С 2 Н 5 ОН(г) + Q

   сместится в сторону продукта при

   Правильно
   

   Согласно прин­ципу Ле Ша­те­лье — е

   Неправильно
   

   Согласно прин­ципу Ле Ша­те­лье — е сли на равновесную систему воздействовать извне, изменяя какой-нибудь из факторов, определяющих положение равновесия, то в системе усилится то направление процесса, которое ослабляет это воздействие – при увеличении общего давления система будет стремиться его понизить, равновесие сместится в сторону меньшего количества газообразных веществ, т.е в сторону продуктов.

4. Задание 5 из 15

   5 .

   O 2 (г) + 2CO (г) ⇄ 2CO 2 (г) + Q

   А. При уменьшении температуры химическое равновесие в данной системе сместится в сторону продуктов реакции.

   Б. При уменьшении концентрации угарного газа равновесие системы сместится в сторону продуктов реакции.

   Правильно
   

   Неправильно
   

   Верно только А, согласно принципу Ле-Шателье при уменьшении температуры химическое равновесие смещается в сторону экзотермической реакции, т.е продуктов реакции. Утверждение Б – неверно, т.к при уменьшении концентрации угарного газа, система будет стремиться его увеличить, т.е будет усиливаться направление, в котором он образуется, равновесие системы смещается влево, в сторону реагентов.

5. Задание 6 из 15

   6 .

   При увеличении давления увеличивается выход продукта(ов) в обратимой реакции

   Правильно
   

   Неправильно
   

   Согласно прин­ципу Ле Ша­те­лье — е сли на равновесную систему воздействовать извне, изменяя какой-нибудь из факторов, определяющих положение равновесия, то в системе усилится то направление процесса, которое ослабляет это воздействие – при увеличении давления система будет стремиться его понизить, равновесие сместится в сторону меньшего количества газообразных веществ. Т.е в реакциях, в которых в правой части уравнения (в продуктах) количества газообразных веществ меньше, чем в левой части (в реагентах) увеличение давления приведет в увеличению выхода продукта(ов), другими словами, равновесие сместится в сторону продуктов. Это условие выполняется только во втором варианте — в левой части — 2 моль газа, в правой части — 1 моль газа.

   При этом твердые и жидкие вещества не вносят вклад в смещение равновесия. При равенстве количеств газообразных веществ в правой и левой частях уравнения изменение давления не приведет к смещению равновесия.

6. Задание 7 из 15

   7 .

   Для смещения химического равновесия в системе

   Н 2 (г) + Br 2 (г) ⇄ 2HBr(г) + Q

   в сторону продукта необходимо

   Правильно
   

   Неправильно
   

   Согласно принципу Ле Шателье на внеш­нее воздей­ствие си­сте­ма ока­зы­ва­ет про­ти­во­дей­ствие. По­это­му сме­стить рав­но­ве­сие впра­во, в сторону продукта, можно если уменьшить тем­пе­ра­ту­ру, уве­ли­чить кон­цен­тра­цию ис­хо­дных ве­ществ или умень­шить ко­ли­че­ство про­дук­тов ре­ак­ции. Т.к количества газообразных веществ в правой и левой частях уравнения равны, изменение давления не приведет к смещению равновесия. До­бав­ле­ние брома при­ве­дет к уси­ле­нию про­цес­сов рас­хо­ду­ю­щих его, т.е. рав­но­ве­сие сме­стит­ся в сто­ро­ну продуктов.

7. Задание 8 из 15

   8 .

   В системе
   2SO 2 (г) + O 2(г) ⇄ 2SO 3(г) + Q

   смещение химического равновесия вправо произойдет при

   Правильно
   

   Неправильно
   

   Уменьшить тем­пе­ра­ту­ру (т.е прямая реакция экзотермическая), уве­ли­чить кон­цен­тра­цию ис­хо­дных ве­ществ или умень­шить ко­ли­че­ство про­дук­тов ре­ак­ции, или повысить давление (т.к прямая реакция идет с уменьшением общего объема газообразных веществ).

8. Задание 9 из 15

   9 .

   Верны ли следующие суждения о смещении химического равновесия в системе

   CO (г) + Cl 2(г) ⇄ COCl 2(г) + Q

   А. При повышении давления химическое равновесие смещается в сторону продукта реакции.

   Б. При понижении температуры химическое равновесие в данной системе сместится в сторону продукта реакции.

   Правильно
   

   По принципу Ле Шателье на внеш­нее воздей­ствие си­сте­ма ока­зы­ва­ет про­ти­во­дей­ствие. По­это­му, чтобы сме­стить рав­но­ве­сие впра­во, в сторону продукта, можно уменьшить тем­пе­ра­ту­ру повысить давление

   Неправильно
   

   По принципу Ле Шателье на внеш­нее воздей­ствие си­сте­ма ока­зы­ва­ет про­ти­во­дей­ствие. По­это­му, чтобы сме­стить рав­но­ве­сие впра­во, в сторону продукта, можно уменьшить тем­пе­ра­ту­ру (т.е прямая реакция экзотермическая), уве­ли­чить кон­цен­тра­цию ис­хо­дных ве­ществ или умень­шить ко­ли­че­ство про­дук­тов ре­ак­ции или повысить давление (т.к прямая реакция идет с уменьшением общего объема газообразных веществ). Таким образом, верны оба суждения.

9. Задание 10 из 15

   10 .

   В системе

   SO 2 (г) + Cl 2(г) ⇄ SO 2 Cl 2(г) + Q

   смещению химического равновесия вправо способствует

   Правильно
   

   Неправильно
   

10. Задание 11 из 15

    11 .

    В какой системе увеличение концентрации водорода смещает химическое равновесие влево?

    Правильно
    

    Неправильно
    

    Согласно принципу Ле Шателье при увеличение концентрации какого-либо компонента, система будет стремиться понизить его концентрацию, т.е его израсходовать. В той реакции, где водород является продуктом, увеличение его концентрации смещает химическое равновесие влево, в сторону его израсходования.

11. Задание 12 из 15

    12 .

    При увеличении общего давления равновесие сместится в сторону продуктов в реакции

    Правильно
    

    Согласно прин­ципу Ле Ша­те­лье — е сли на равновесную систему воздействовать извне, изменяя какой-нибудь из факторов, определяющих положение равновесия, то в системе усилится то направление процесса, которое ослабляет это воздействие –

    Неправильно
    

    Согласно прин­ципу Ле Ша­те­лье — е сли на равновесную систему воздействовать извне, изменяя какой-нибудь из факторов, определяющих положение равновесия, то в системе усилится то направление процесса, которое ослабляет это воздействие – при увеличении общего давления система будет стремиться его понизить, равновесие сместится в сторону меньшего количества газообразных веществ. Только в четвертом варианте в продуктах содержится меньше газообразных веществ, т.е. прямая реакция протекает с уменьшением объема, поэтому увеличение общего давления приведет к смещению равновесия в сторону продуктов в этой реакции.

Задача

Укажите, как повлияет:

а) повышение давления;

б) повышение температуры;

в) увеличение концентрации кислорода на равновесие системы:

2CO ( г ) + O 2 ( г ) ↔ 2CO 2 ( г ) + Q

Решение:

а) Изменение давлениясмещает равновесие реакций с участием газообразных веществ (г). Определим объёмы газообразных веществ до и после реакции по стехиометрическим коэффициентам:

По принципу Ле Шателье, при увеличении давления , равновесие смещается в сторону образовани я веществ, занимающих меньший о б ъ ём, следовательно равновесие сместится вправо, т.е. в сторону образования СО 2 , в сторону прямой реакции (→) .

б) По принципу Ле Шателье, при повышении температуры , равновесие смещается в сторону эндотермической реакции (- Q ), т.е. в сторону обратной реакции – реакции разложения СО 2 (←) , т.к. позакону сохранения энергии:

Q - 2 CO (г) + O 2 (г) ↔ 2 CO 2 (г) + Q

в) При увеличении концентрации кислорода равновесие системы смещается в сторону получения СО 2 (→) т.к. увеличение концентрации реагентов (жидких или газообразных) смещает в сторону продуктов, т.е. в сторону прямой реакции.

Дополнительно:

Пример 1. Во сколько раз изменится скорость прямой и обратной реакции в системе:

2 SO 2 (г) + O 2 (г) = 2 SO 3 (г)

если объем газовой смеси уменьшить в три раза? В какую сторону сместится равновесие системы?

Решение. Обозначим концентрации реагирующих веществ: [ SO 2 ]= a , [О 2 ] = b , [ SO 3 ] = с. Согласно закону действия масс скорости v прямой и обратной реакции до изменения объема:

v пр = Ка 2 b

v обр = К 1 с 2 .

После уменьшения объема гомогенной системы в три раза концентрация каждого из реагирующих веществ увеличится в три раза: [ SO 2 ] = 3 а , [О 2 ] = 3 b ; [ SO 3 ] = 3 с . При новых концентрациях скорости v ’ прямой и обратной реакции:

v ’ пр = К (3 а ) 2 (3 b ) = 27 Ка 2 b

v ’ обр = К 1 (3 с ) 2 = 9 К 1 с 2

Отсюда:

Следовательно, скорость прямой реакции увеличилась в 27 раз, а обратной – только в девять раз. Равновесие системы сместилось в сторону образования SO 3 .

Пример 2. Вычислите, во сколько раз увеличится скорость реакции, протекающей в газовой фазе, при повышении температуры от 30 до 70 о С, если температурный коэффициент реакции равен 2.

Решение. Зависимость скорости химической реакции от температуры определяется эмпирическим правилом Вант-Гоффа по формуле:

Следовательно, скорость реакции ν Т 2 при температуре 70 о С больше скорости реакции ν Т 1 при температуре 30 о С в 16 раз.

Пример 3. Константа равновесия гомогенной системы:

СО(г) + Н 2 О(г) = СО 2 (г) + Н 2 (г)

при 850 о С равна 1. Вычислите концентрации всех веществ при равновесии, если исходные концентрации: [СО] исх =3 моль/л, [Н 2 О] исх = 2 моль/л.

Решение. При равновесии скорости прямой и обратной реакций равны, а отношение констант этих скоростей постоянно и называется константой равновесия данной системы:

v пр = К 1 [СО][Н 2 О]

v обр = К 2 [СО 2 ][Н 2 ]

В условии задачи даны исходные концентрации, тогда как в выражение К р входят только равновесные концентрации всех веществ системы. Предположим, что к моменту равновесия концентрации [СО 2 ] р = х моль/л. Согласно уравнению системы число молей образовавшегося водорода при этом будет также х моль/л. По столько же молей (х моль/л) СО и Н 2 О расходуется для образования по х молей СО 2 и Н 2 . Следовательно, равновесные концентрации всех четырех веществ:

[СО 2 ] р = [Н 2 ] р = х моль/л;

[СО] р = (3 – х ) моль/л;

[Н 2 О] р = (2 – х ) моль/л.

Зная константу равновесия, находим значение х , а затем исходные концентрации всех веществ:

Таким образом, искомые равновесные концентрации:

[СО 2 ] р = 1,2 моль/л;

[Н 2 ] р = 1,2 моль/л;

[СО] р = 3 – 1,2 = 1,8 моль/л;

[Н 2 О] р = 2 – 1,2 = 0,8 моль/л.

Пример 4. При некоторой температуре равновесные концентрации в системе

2CO (г) + O 2 (г) ↔ 2CO 2 (г) составляли: = 0,2 моль/л, = 0,32 моль/л, = 0,16 моль/л. Определить константу равновесия при этой температуре и исходные концентрации CO и O 2 , если исходная смесь не содержала СО 2 .

Решение:

1). Так как в условии задачи даны равновесные концентрации, то константа равновесия равна 2:

2). Если исходная смесь не содержала СО 2 , то на момент химического равновесия в системе образовалось 0,16 моль СО 2 .

По УХР:

2CO (г) + O 2(г) ↔ 2CO 2(г)

На образование 0,16 моль СО 2 затрачено:

υ прореагировавшее (СО)=υ(CO 2)=0,16 моль

υ прореагировавшее (О 2)=1/2υ(CO 2)=0,08 моль

Следовательно,

υ исходное = υ прореагировавшее + υ равновесное

υ исходное (СО)=0,16 +0,2 = 0,36 моль

υ исходное (O 2)=0,08 +0,32 = 0,4 моль

Вещество			CO 2
С исходная	0,36
С прореагировавшая	0,16	0,08	0,16
С равновесная		0,32	0,16

Пример 5. Определить равновесную концентрацию HI в системе

H 2(г) + I 2(г) ↔ 2HI (г) ,

если при некоторой температуре константа равновесия равна 4, а исходные концентрации H 2 , I 2 и HI равны, соответственно, 1, 2 и 0 моль/л.

Решение. Пусть к некоторому моменту времени образовалось x моль/л HI

Вещество	H 2	I 2
с исходн. , моль/л
с прореагир. , моль/л	х/2	х/2
c равн. , моль/л	1-x/2	PCl 5 (г) = РС l 3 (г) + С l 2 (г); Δ Н = + 92,59 кДж. Как надо изменить: а) температуру; б) давление; в) концентрацию, чтобы сместить равновесие в сторону прямой реакции – разложения PCl 5 ? Решение. Смещением или сдвигом химического равновесия называют изменение равновесных концентраций реагирующих веществ в результате изменения одного из условий реакции. Направление, в котором сместилось равновесно, определяется по принципу Ле Шателье: а) так как реакция разложения PCl 5 эндотермическая (ΔН > 0) то для смещения равновесия в сторону прямой реакции нужно повысить температуру; б) так как в данной системе разложение РСl 5 ведет к увеличению объема (из одной молекулы газа образуются две газообразные молекулы), то для смещения равновесия в сторону прямой реакции надо уменьшить давление; в) смещения равновесия в указанном направлении можно достигнуть как увеличением концентрации РС l 5 , так и уменьшением концентрации РСl 3 или Сl 2 .

Изучение параметров системы, включающей исходные вещества и продукты реакции, позволяет выяснить, какие факторы смещают химическое равновесие и ведут к желаемым изменениям. На выводах Ле Шателье, Брауна и других ученых о способах проведения обратимых реакций основаны промышленные технологии, позволяющие осуществить ранее казавшиеся невозможными процессы, получить экономическую выгоду.

Разнообразие химических процессов

По особенностям теплового эффекта многие реакции относят к экзо- или эндотермическим. Первые идут с образованием теплоты, например, окисление углерода, гидратация концентрированной серной кислоты. Второй тип изменений связан с поглощением тепловой энергии. Примеры эндотермических реакций: распад карбоната кальция с образованием гашеной извести и углекислого газа, образование водорода и углерода при термическом разложении метана. В уравнениях экзо- и эндотермических процессов необходимо указывать тепловой эффект. Перераспределение электронов между атомами реагирующих веществ происходит в окислительно-восстановительных реакциях. Четыре типа химических процессов выделяют по особенностям реагентов и продуктов:

Для характеристики процессов важна полнота взаимодействия реагирующих соединений. Этот признак лежит в основе деления реакций на обратимые и необратимые.

Обратимость реакций

Обратимые процессы составляют большинство среди химических явлений. Образование конечных продуктов из реагентов является прямой реакцией. В обратной же исходные вещества получаются из продуктов своего разложения или синтеза. В реагирующей смеси возникает химическое равновесие, при котором получается столько же соединений, сколько разлагается исходных молекул. В обратимых процессах вместо знака «=» между реагентами и продуктами используются символы «↔» или «⇌». Стрелки могут быть неодинаковыми по длине, что связано с доминированием одной из реакций. В химических уравнениях можно указывать агрегатные характеристики веществ (г — газы, ж — жидкости, т — твердые). Огромное практическое значение имеют научно обоснованные приемы влияния на обратимые процессы. Так, производство аммиака стало рентабельным после создания условий, сдвигающих равновесие в сторону образования целевого продукта: 3Н 2(г) + N 2(г) ⇌ 2NH 3(г) . Необратимые явления приводят к появлению нерастворимого или малорастворимого соединения, образованию газа, покидающего сферу реакции. К таким процессам можно отнести ионный обмен, распад веществ.

Химическое равновесие и условия его смещения

На характеристики прямого и обратного процессов влияет несколько факторов. Один из них — время. Концентрация взятого для реакции вещества постепенно снижается, а конечного соединения — возрастает. Реакция прямого направления идет все медленнее, обратный процесс набирает скорость. В определенный промежуток два противоположных процесса идут синхронно. Взаимодействие между веществами происходит, но концентрации не меняются. Причина — динамическое химическое равновесие, установившееся в системе. Его сохранение или изменение зависит от:

• температурных условий;
• концентрации соединений;
• давления (для газов).

Смещение химического равновесия

В 1884 году выдающийся ученый из Франции А. Л. Ле Шателье предложил описание способов вывода системы из состояния динамического равновесия. В основе метода лежит принцип нивелирования действия внешних факторов. Ле Шателье обратил внимание, что в реагирующей смеси возникают процессы, компенсирующие влияние посторонних сил. Сформулированный французским исследователем принцип гласит, что изменение условий в состоянии равновесия благоприятствует протеканию реакции, ослабляющей постороннее воздействие. Смещение равновесия подчиняется этому правилу, оно соблюдается, когда меняется состав, температурные условия и давление. Технологии, основанные на выводах ученых, используются в промышленности. Многие химические процессы, считавшиеся практически неосуществимыми, проводятся благодаря способам смещения равновесия.

Влияние концентрации

Сдвиг равновесия происходит, если изъять из зоны взаимодействия определенные компоненты или дополнительно ввести порции вещества. Удаление продуктов из реакционной смеси обычно вызывает увеличение скорости их образования, добавление веществ, наоборот, приводит к их преимущественному распаду. В процессе этерификации для обезвоживания используют серную кислоту. При введении ее в сферу реакции повышается выход метилацетата: СН 3 СООН + СН 3 ОН ↔ СН 3 СООСН 3 + Н 2 О. Если добавлять кислород, взаимодействующий с диоксидом серы, то химическое равновесие смещается в сторону прямой реакции образования триоксида серы. Кислород связывается в молекулы SO 3 , его концентрация понижается, что согласуется с правилом Ле Шателье для обратимых процессов.

Изменение температуры

Процессы, идущие с поглощением или выделением тепла, — эндо- и экзотермические. Для смещения равновесия используется нагревание или отвод тепла от реагирующей смеси. Рост температуры сопровождается повышением скорости эндотермических явлений, в которых дополнительная энергия поглощается. Охлаждение приводит к преимуществу экзотермических процессов, идущих с выделением тепла. При взаимодействии диоксида углерода с углем нагревание сопровождается увеличением концентрации монооксида, а охлаждение ведет к преимущественному образованию сажи: СО 2(г) + С (т) ↔ 2СО (г) .

Влияние давления

Изменение давления — важный фактор для реагирующих смесей, включающих в себя газообразные соединения. Также следует обратить внимание на разницу объемов исходных и получившихся веществ. Понижение давления ведет к преимущественному протеканию явлений, в которых увеличивается общий объем всех компонентов. Рост давления направляет процесс в сторону снижения объема всей системы. Такая закономерность соблюдается в реакции образования аммиака: 0,5N 2(г) + 1,5Н 2(г) ⇌ NH 3(г) . Изменение давления не повлияет на химическое равновесие в тех реакциях, которые идут при неизменном объеме.

Оптимальные условия осуществления химического процесса

Создание условий для смещения равновесия во многом определяет развитие современных химических технологий. Практическое использование научной теории способствует получению оптимальных результатов производства. Наиболее яркий пример — получение аммиака: 0,5N 2(г) + 1,5Н 2(г) ⇌ NH 3(г) . Повышение содержания в системе молекул N 2 и Н 2 благоприятно для синтеза сложного вещества из простых. Реакция сопровождается выделением теплоты, поэтому снижение температуры вызовет увеличение концентрации NH 3 . Объем исходных компонентов больше, чем целевого продукта. Рост давления обеспечит повышение выхода NH 3 .

В условиях производства подбирают оптимальное соотношение всех параметров (температуры, концентрации, давления). Кроме того, имеет большое значение площадь соприкосновения между реагентами. В твердых гетерогенных системах увеличение поверхности ведет к росту скорости реакции. Катализаторы увеличивают скорость прямой и обратной реакции. Применение веществ с такими свойствами не приводит к смещению химического равновесия, но ускоряет его наступление.

Каталог заданий.
За­да­ния для подготовки

Сортировка Основная Сначала простые Сначала сложные По популярности Сначала новые Сначала старые
Пройти тестирование по этим заданиям
Вернуться к каталогу заданий
Версия для печати и копирования в MS Word

Химическое равновесие в реакции смещается в сторону образования продукта реакции при

1) понижении давления

2) повышении температуры

3) добавлении катализатора

4) добавлении водорода

Решение.

Понижение давление (внешнее воздействие) приведет к усилению процессов увеличивающих давление, значит, равновесие сместится в сторону большего количества газообразных частиц (которые и создают давление), т.е. в сторону реагентов.

При повышении температуры (внешнее воздействие) система будет стремиться понизить температуру, значит, усиливается процесс поглощающий тепло. равновесие сместится в сторону эндотермической реакции, т.е. в сторону реагентов.

Добавление водорода (внешнее воздействие) приведет к усилению процессов расходующих водород, т.е. равновесие сместится в сторону продукта реакции

Ответ: 4

Источник: Яндекс: Тренировочная работа ЕГЭ по химии. Вариант 1.

Равновесие смещается в сторону исходных веществ при

1) уменьшении давления

2) нагревании

3) введении катализатора

4) добавлении водорода

Решение.

Принцип Ле Шателье - если на систему, находящуюся в равновесии, воздействовать извне, изменяя какое-либо из условий равновесия (температура, давление, концентрация), то в системе усиливаются процессы, направленные на компенсацию внешнего воздействия.

Понижение давление (внешнее воздействие) приведет к усилению процессов увеличивающих давление, значит, равновесие сместится в сторону большего количества газообразных частиц (которые и создают давление), т.е. в сторону продуктов реакции.

При повышении температуры (внешнее воздействие) система будет стремиться понизить температуру, значит, усиливается процесс поглощающий тепло. равновесие сместится в сторону эндотермической реакции, т.е. в сторону продуктов реакции.

Катализатор не влияет на смещение равновесия

Добавление водорода (внешнее воздействие) приведет к усилению процессов расходующих водород, т.е. равновесие сместится в сторону исходных веществ

Ответ: 4

Источник: Яндекс: Тренировочная работа ЕГЭ по химии. Вариант 2.

Dmitry Kolomiets 11.12.2016 17:35

4 не может быть правильным т.к. При добавлении водорода равновесие сместится в сторону его расходования - в сторону продуктов реакции

Александр Иванов

Осталось разобраться в том, в какой части уравнения ПРОДУКТЫ

В си-сте-ме

сме-ще-нию хи­ми­че­ско­го рав-но-ве-сия впра­во будет спо-соб-ство-вать

1) умень­ше­ние тем-пе-ра-ту-ры

2) уве­ли­че­ние кон-цен-тра-ции ок­си­да уг-ле-ро-да (II)

3) уве­ли­че­ние дав-ле-ния

4) умень­ше­ние кон-цен-тра-ции хлора

Ре-ше-ние.

Не­об­хо­ди­мо про-ана-ли-зи-ро-вать ре­ак­цию и вы­яс­нить какие фак­то­ры будут спо­соб­ство­вать сме-ще-нию рав­но­ве­сия впра-во. Ре­ак­ция эн-до-тер-ми-че-ская, идет с уве­ли­че­ни­ем объ-е-мов га­зо­об­раз­ных про-дук-тов, го-мо-ген-ная, про­те­ка­ю­щая в га­зо­вой фазе. По прин­ци­пу Ле Ша­те­лье на внеш­нее дей-ствие си­сте­ма ока-зы-ва-ет про-ти-во-дей-ствие. По­это­му сме-стить рав­но­ве­сие впра-во можно если уве­ли­чить тем-пе-ра-ту-ру, умень­шить дав-ле-ние, уве­ли­чить кон-цен-тра-цию ис­хо­дных ве-ществ или умень­шить ко-ли-че-ство про­дук­тов ре-ак-ции. Со­по­ста­вив эти па­ра­мет­ры с ва­ри­ан­та­ми от-ве-тов, вы­би­ра­ем ответ№4.

Ответ: 4

Смещению химического равновесия влево в реакции

будет способствовать

1) уменьшение концентрации хлора

2) уменьшение концентрации хлороводорода

3) увеличение давления

4) уменьшение температуры

Решение.

Воздействие на систему, находящуюся в равновесии сопровождается противодействием с ее стороны. При уменьшение концентрации исходных веществ равновесие смещается в сторону образования этих веществ,т.е. влево.