Състоянието на химичното равновесие зависи от редица фактори: температура, налягане, концентрация на реагентите. Нека разгледаме по-подробно влиянието на тези фактори.
Промяната в концентрацията на компонентите на равновесна система при постоянна температура измества равновесието, но стойността на равновесната константа не се променя. Ако концентрацията на вещество А (или В) се увеличи за реакцията, тогава скоростта на предната реакция ще се увеличи, а скоростта на обратната реакция в началния момент от време няма да се промени. Балансът ще бъде нарушен. След това концентрацията на изходните вещества ще започне да намалява, а концентрацията на реакционните продукти ще се увеличи и това ще продължи, докато се установи ново равновесие. В такива случаи казваме, че равновесието е изместено към образуването на реакционни продукти или изместено надясно.
Като се аргументирате по същия начин, определете сами къде ще се измести равновесието, ако концентрацията на веществото С се увеличи; намаляване на концентрацията на вещество D.
Чрез промяна на концентрациите на компонентите е възможно да се измести равновесието в желаната посока, увеличавайки или намалявайки добива на реакционни продукти; търсене на по-пълно използване на изходните материали или, обратно,
За да изпълним втората задача, припомняме, че директната реакция ще продължи, докато завърши един от компонентите А или В. От уравнението на реакцията може да се види, че реагентите реагират в еквимоларни * количества, освен това техните концентрации са равни според състояние на проблема. Следователно веществата А и В, реагирайки, ще завършат едновременно. От уравнението на реакцията може също да се види, че когато един мол от веществото А се преобразува, се образуват два мола от веществото С и един мол от веществото D. Следователно, още някои от тях ще бъдат добавени към количеството на веществата С и D вече в системата. След просто изчисление получаваме желания резултат:
[A] = [B] = 0 mol/L; [C] = 2 +2 = 4 mol/l; [D] = 2 +1 = 3 mol/l.
Извършете подобно разсъждение за третата задача, като помните, че веществата C и D реагират в съотношение 2: 1 и изчислението трябва да се извърши според количеството на веществото, което е в недостиг (дефинирайте това вещество). Направете изчисленията и получете резултата:
[A] \u003d [B] \u003d 1 + 2/2 \u003d 2 mol / l; [C] = 0 mol/l; [D] = 2-2/2 = 1 mol/l.
Равновесната константа на реакцията A + B C + D е равна на единица. Начална концентрация [A]o = 0,02 mol/l. Колко процента от веществото А ще претърпи трансформация, ако началните концентрации [B]o са равни на 0,02; 0,1; 0,2?
Означете с x равновесната концентрация на вещество А и запишете израза за равновесната константа. Равновесната концентрация на вещество B също ще бъде равна на x. Концентрациите на реакционните продукти (C и D) ще бъдат равни една на друга и равни на 0,02x. (Покажете това, като използвате уравнението на реакцията.)
Нека напишем израз за равновесната константа.
Кравн. \u003d (0,02 - x) (0,02 - x) / x2 \u003d 1
След като решихме уравнението за x, получаваме резултата: x \u003d 0,01. Следователно в първия случай половината от веществото А (или 50%) претърпя трансформация.
За втория случай равновесната константа ще бъде равна на
Кравн. \u003d (0,02 - x) (0,02 - x) / (0,1 - (0,02 - x)) \u003d 1
Вземете този израз сами и след като решите уравнението, проверете резултата (x = 0,003). Следователно в реакцията влиза (0,02 - 0,003) mol вещество А, което е 83,5%.
Решете сами задачата за третия случай и също така решете същата задача, като означите количеството вещество, което реагира като x.
От получените резултати може да се направи важен извод. За да се увеличи делът на вещество, което реагира при постоянна константа на равновесие, е необходимо да се увеличи количеството на втория реагент в системата. Подобен проблем възниква например при рециклиране на отпадъци по химически начин.
С повишаване на температурата скоростта както на правата, така и на обратната реакция ще се увеличи, но ако правата реакция е ендотермична (?Н > 0), тогава скоростта на директната реакция ще се увеличи повече от скоростта на обратната реакция, и равновесието ще се измести към образуването на продукти или надясно. При отрицателен топлинен ефект на предната реакция (екзотермична реакция), скоростта на обратната реакция ще се увеличи по-силно и равновесието ще се измести наляво.
Помислете сами за всички възможни случаи на изместване на равновесието с намаляване на температурата.
Фигура 5 показва, че разликата E "a - E" a е равна на?H на реакцията, което означава, че стойността на равновесната константа зависи от големината на топлинния ефект на реакцията, т.е. дали реакцията е ендо или екзотермична.
Равновесната константа на някаква реакция при 293°K е 5·10-3, а при 1000°K е 2·10-6. Какъв е знакът на топлинния ефект на тази реакция?
От условията на задачата следва, че с повишаване на температурата равновесната константа намалява. Използваме израз (22) и виждаме какъв трябва да бъде знакът на DH на реакцията, за да намалее константата.
Kequiv. се представя с експоненциална функция, чиято стойност намалява с намаляване на аргумента, в нашия случай стойността на израза ДH/RT. За да намалее стойността на аргумента, стойността на DH трябва да е отрицателна. Следователно разглежданата реакция е екзотермична.
Промяната в налягането значително влияе върху състоянието на системите, които включват газообразни компоненти. В този случай, в съответствие с газовите закони, обемът на системата се променя и това води до промяна в концентрацията на газообразните вещества (или техните парциални налягания). Така че с увеличаване на налягането обемът ще намалее и концентрацията на газообразни вещества ще се увеличи. Увеличаването на концентрацията води, както вече знаем, до изместване на равновесието към потреблението на реагент, който е увеличил концентрацията си. В този случай може да се формулира малко по-различно. ?Когато налягането се увеличава, равновесието се измества към по-малко количество газообразни вещества или по-просто казано към намаляване на броя на молекулите на газообразните вещества. Концентрацията на твърди вещества и течности не се променя с налягане.
Помислете за класическия пример за синтез на амоняк от азот и водород
3H2 + N2 - 2NH3, (DN< 0).
Тъй като системата се състои само от газообразни вещества и когато се образува амоняк, броят на молекулите намалява, тогава с увеличаване на налягането равновесието ще се измести надясно, към по-голямо производство на амоняк. Следователно промишленият синтез на амоняк се извършва при повишено налягане.
Предложете сами температурните условия за синтеза на амоняк, като знаете топлинния ефект на реакцията и при максимален добив на продукта. Как тези условия корелират с кинетичните фактори на процеса?
Как повишаването на налягането ще повлияе на равновесието на следните реакции?
инхибитор на катализатора на химичната кинетика
CaCO3 (c.) - CaO (c.) + CO2 (g.);
4Fe(c.) + 3O2(g.) - 2Fe2O3(c.).
При първата реакция само въглеродният диоксид CO2 е газообразен, следователно с увеличаване на налягането равновесието ще се измести наляво, към намаляване на количеството газообразно вещество.
Помислете сами за втория случай.
Как трябва да се промени налягането в тези реакции, за да се постигне по-висок добив на продукти?
Всички случаи на промяна в състоянието на равновесна система под външни влияния могат да бъдат обобщени чрез формулиране на принципа на Le Chatelier:
Ако се упражнява външно въздействие върху система, която е в състояние на равновесие, тогава равновесието се измества в посока, която отслабва ефекта от външното въздействие.
Проверете дали принципът на Le Chatelier е изпълнен във всички случаи, разгледани по-горе.
Дайте свои собствени примери за изместване на равновесието при промяна на външните условия и ги обяснете въз основа на принципа на Льо Шателие.
И така, разгледахме основните въпроси, свързани със законите на хода на химичните реакции. Познаването на тези модели ще позволи смислено да се повлияе на условията за извършване на определени процеси, за да се получи оптимален резултат.
Въпроси за самоконтрол
- 1. Какви реакции се наричат обратими?
- 2. Как и защо скоростта на правата и обратната реакция се променя с времето?
- 3. Какво се нарича химично равновесие?
- 4. Каква стойност характеризира количествено химичното равновесие?
- 5. Какво определя стойността на равновесната константа: концентрацията на реагиращите вещества; естеството на реагентите; общо налягане; температура; наличието на катализатор?
- 6. Какви са характеристиките на истинското химично равновесие?
- 7. Каква е разликата между фалшивото химично равновесие и истинското равновесие?
- 8. Дайте формулировката на принципа на Le Chatelier.
- 9. Формулирайте следствията от принципа на Le Chatelier.
Задача 2 от 15
2 .
Химично равновесие в системата
С 4 H 10 (g) ⇄ С 4 H 6 (g) + 2H 2 (g) − Q
ще се измести към изходните материали при
Правилно
Според принципа на Льо Шателие -
Неправилно
Според принципа на Льо Шателие - Ако една равновесна система се влияе отвън чрез промяна на някой от факторите, които определят позицията на равновесие, тогава посоката на процеса, който отслабва това влияние, ще се увеличи в системата.
При понижаване на температурата (външно влияние - охлаждане на системата) системата ще има тенденция да повишава температурата, което означава, че екзотермичният процес (обратна реакция) се засилва, равновесието ще се измести наляво, към реагентите.
Задача 3 от 15
3 .
Равновесие в реакцията
CaCO 3 (tv) \u003d CaO (tv) + CO 2 (g) - Q
преминаване към продукти
Правилно
Според принципа на Льо Шателие - д Ако една равновесна система бъде повлияна отвън, променяйки някой от факторите, които определят позицията на равновесие, тогава посоката на процеса, който отслабва това влияние, ще се увеличи в системата -
Неправилно
Според принципа на Льо Шателие - д Ако една равновесна система бъде повлияна отвън, променяйки някой от факторите, които определят позицията на равновесие, тогава посоката на процеса, който отслабва това влияние, ще се увеличи в системата - с повишаване на температурата (нагряване), системата ще се стреми да понижи температурата, което означава, че процесът на абсорбиране на топлина се засилва, равновесието ще се измести към ендотермична реакция, т.е. към продуктите.
Задача 4 от 15
4 .
Равновесие в реакцията
C 2 H 4 (g) + H 2 O (g) \u003d C 2 H 5 OH (g) + Q
се придвижете към продукта
Правилно
Според принципа на Льо Шателие - д
Неправилно
Според принципа на Льо Шателие - д Ако една равновесна система се влияе отвън, променяйки някой от факторите, които определят равновесното положение, тогава посоката на процеса, който отслабва това влияние, ще се увеличи в системата - с увеличаване на общото налягане системата ще се стреми да го понижи, равновесието ще се измести към по-малко количество газообразни вещества, т.е. към продукти.
Задача 5 от 15
5 .
O 2 (g) + 2CO (g) ⇄ 2CO 2 (g) + Q
А. С понижаване на температурата химичното равновесие в дадена система ще се измести към продуктите на реакцията.
B. С намаляване на концентрацията на въглероден окис, равновесието на системата ще се измести към продуктите на реакцията.
Правилно
Неправилно
Само А е вярно, според принципа на Льо Шателие, с понижаване на температурата химичното равновесие се измества към екзотермична реакция, т.е. продукти на реакцията. Твърдение Б е неправилно, тъй като с намаляването на концентрацията на въглероден окис системата ще има тенденция да го увеличава, т.е. посоката, в която се образува, ще се увеличи, равновесието на системата ще се измести наляво, към реагентите.
Задача 6 от 15
6 .
Увеличаването на налягането увеличава добива на продукта(ите) в обратимата реакция
Правилно
Неправилно
Според принципа на Льо Шателие - д Ако една равновесна система се влияе отвън, променяйки някой от факторите, които определят равновесното положение, тогава посоката на процеса, който отслабва това влияние, ще се увеличи в системата - тъй като налягането се увеличава, системата ще се стреми да го понижи, равновесието ще се измести към по-малко количество газообразни вещества. Тоест, при реакции, при които количеството газообразни вещества от дясната страна на уравнението (в продуктите) е по-малко, отколкото от лявата страна (в реагентите), повишаването на налягането ще доведе до увеличаване на добива на продукта (s), с други думи, равновесието ще се измести към продуктите. Това условие е изпълнено само във втория вариант - от лявата страна - 2 mol газ, от дясната страна - 1 mol газ.
В този случай твърдите и течните вещества не допринасят за изместването на равновесието. Ако количествата газообразни вещества са равни в дясната и лявата част на уравнението, промяната в налягането няма да доведе до промяна в равновесието.
Задача 7 от 15
7 .
За изместване на химичното равновесие в системата
H 2 (g) + Br 2 (g) ⇄ 2HBr (g) + Q
към продукта е необходимо
Правилно
Неправилно
Според принципа на Льо Шателие системата противодейства на външни въздействия. Следователно равновесието може да се измести надясно, към продукта, ако температурата се понижи, концентрацията на изходните вещества се увеличи или количеството на реакционните продукти се намали. Тъй като количествата газообразни вещества от дясната и лявата страна на уравнението са равни, промяната в налягането няма да доведе до промяна в равновесието. Добавянето на бром ще доведе до увеличаване на процесите, които го консумират, т.е. равновесието ще се измести към продуктите.
Задача 8 от 15
8 .
В системата
2SO 2 (g) + O 2 (g) ⇄ 2SO 3 (g) + Qизместването на химичното равновесие надясно ще настъпи, когато
Правилно
Неправилно
Намалете температурата (т.е. директната реакция е екзотермична), увеличете концентрацията на изходните материали или намалете количеството на реакционните продукти или увеличете налягането (тъй като директната реакция протича с намаляване на общия обем на газообразните вещества).
Задача 9 от 15
9 .
Правилни ли са следните преценки за изместването на химичното равновесие в системата?
CO (g) + Cl 2 (g) ⇄ COCl 2 (g) + Q
А. С увеличаване на налягането химичното равновесие се измества към продукта на реакцията.
B. Когато температурата спадне, химичното равновесие в тази система ще се измести към продукта на реакцията.
Правилно
Според принципа на Льо Шателие системата противодейства на външни въздействия. Следователно, за да изместите равновесието надясно, към продукта, можете намалете температурата повишават налягането
Неправилно
Според принципа на Льо Шателие системата противодейства на външни въздействия. Следователно, за да изместите равновесието надясно, към продукта, можете намалете температурата(т.е. директната реакция е екзотермична), увеличаване на концентрацията на изходните вещества или намаляване на количеството на реакционните продукти, или повишават налягането(тъй като директната реакция протича с намаляване на общия обем на газообразните вещества). Следователно и двете твърдения са верни.
Задача 10 от 15
10 .
В системата
SO 2 (g) + Cl 2 (g) ⇄ SO 2 Cl 2 (g) + Q
изместването на химичното равновесие надясно допринася за
Правилно
Неправилно
Задача 11 от 15
11 .
В коя система увеличаването на концентрацията на водород измества химичното равновесие наляво?
Правилно
Неправилно
Според принципа на Льо Шателие, с увеличаване на концентрацията на който и да е компонент, системата ще се стреми да намали концентрацията си, т.е. да я изразходва. При реакция, при която водородът е продукт, увеличаването на неговата концентрация измества химичното равновесие наляво, в посока на неговото потребление.
Задача 12 от 15
12 .
С увеличаване на общото налягане равновесието ще се измести към продуктите на реакцията
Правилно
Според принципа на Льо Шателие - д Ако една равновесна система се влияе отвън, променяйки някой от факторите, които определят равновесното положение, тогава посоката на процеса, който отслабва това влияние, ще се увеличи в системата -
Неправилно
Според принципа на Льо Шателие - д Ако една равновесна система се влияе отвън, променяйки някой от факторите, които определят равновесното положение, тогава посоката на процеса, който отслабва това влияние, ще се увеличи в системата - с увеличаване на общото налягане, системата ще се стреми да го понижи, равновесието ще се измести към по-малко количество газообразни вещества. Само в четвъртия вариант продуктите съдържат по-малко газообразни вещества, т.е. директната реакция протича с намаляване на обема, така че увеличаването на общото налягане ще измести равновесието към продуктите в тази реакция.
Задача 1 от 15
1 .
С намаляване на общото налягане равновесието ще се измести към продуктите на реакцията
Правилно
д
Неправилно
Според принципа на Льо Шателие - намаляването на налягането ще доведе до увеличаване на процесите, които увеличават налягането, което означава, че равновесието ще се измести към по-голям брой газообразни частици (които създават налягане). Само във втория случай в продуктите (от дясната страна на уравнението) има повече газообразни вещества, отколкото в реагентите (от лявата страна на уравнението).
Задача
Посочете как ще се отрази:
а) повишаване на налягането;
б) повишаване на температурата;
в) увеличаване на концентрацията на кислород за балансиране на системата:
2CO(Ж) + O 2 (Ж) ↔ 2CO 2 (Ж) + Q
решение:
а) Промяната в налягането измества равновесието на реакциите, включващи газообразни вещества (г). Нека определим обемите на газообразните вещества преди и след реакцията чрез стехиометрични коефициенти:
Според принципа на Льо Шателие, с увеличаване на налягането , балансът се измествакъм образованиетоi вещества, заемащи по-малко околоб б ям, следователно равновесието ще се измести надясно, т.е. към образуването на CO 2, към директната реакция (→) .
б) Според принципа на Льо Шателие, когато температурата се повиши, балансът се измествакъм ендотермична реакция (- Q ), т.е. в посока на обратната реакция - реакцията на разлагане на CO 2 (←) , защото закон за запазване на енергията:
Q - 2 CO (g) + O 2 (g) ↔ 2 CO 2 (g) + Q
в) Тъй като концентрацията на кислород се увеличава равновесието на системата се изместваза получаване на CO 2 (→) защотоувеличаването на концентрацията на реагентите (течни или газообразни) се измества към продуктите, т.е. към директна реакция.
Допълнително:
Пример 1 Колко пъти ще се промени скоростта на правата и обратната реакция в системата:
2 ТАКА 2 (г) +О 2 (d) = 2ТАКА 3 (G)
ако обемът на газовата смес се утрои? В каква посока ще се измести равновесието на системата?
Решение. Нека обозначим концентрациите на реагиращите вещества: [ТАКА 2 ]= а , [О 2 ] = b , [ ТАКА 3 ] = с. Според закона за действие на масите на скоросттаv права и обратна реакция преди промяна на обема:
v и т.н = Ка 2 b
v обр = Да се 1 с 2 .
След намаляване на обема на хомогенна система с фактор три, концентрацията на всеки от реагентите ще се увеличи с фактор три: [ТАКА 2 ] = 3 а , [О 2 ] = 3 b ; [ ТАКА 3 ] = 3 с . При нови скорости на концентрацияv ’ реакция напред и назад:
v ’ и т.н = Да се (3 а ) 2 (3 b ) = 27 Ка 2 b
v ’ обр = Да се 1 (3 с ) 2 = 9 Да се 1 с 2
Оттук:
Следователно скоростта на реакцията напред се е увеличила 27 пъти, а обратната - само девет пъти. Равновесието на системата се измести към образованиетоТАКА 3 .
Пример 2 Изчислете колко пъти скоростта на протичаща в газовата фаза реакция ще се увеличи с повишаване на температурата от 30 до 70 относно С, ако температурният коефициент на реакцията е 2.
Решение. Зависимостта на скоростта на химичната реакция от температурата се определя от емпиричното правило на Вант Хоф по формулата:
Следователно скоростта на реакциятаν т 2 при температура 70 относно С повече скорост на реакцияν т 1 при температура 30 относно C 16 пъти.
Пример 3 Константа на равновесие на хомогенна система:
CO(g) + H 2 O(g) = CO 2 (d) + H 2 (G)
на 850 относно C е равно на 1. Изчислете концентрациите на всички вещества в равновесие, ако началните концентрации са: [CO] реф \u003d 3 mol / l, [N 2 О] реф = 2 mol/l.
Решение. При равновесие скоростите на правата и обратната реакция са равни, а отношението на константите на тези скорости е постоянно и се нарича равновесна константа на дадената система:
v pr = Да се 1 [МЕЧТА 2 О]
v обр = К 2 [CO 2 ][Н 2 ]
В условието на задачата са дадени началните концентрации, докато в изразаДа се Р включва само равновесните концентрации на всички вещества в системата. Да приемем, че до момента на равновесие на концентрацията [СО 2 ] Р = х мол/л. Съгласно уравнението на системата, броят на моловете водород, образуван в този случай, също ще бъдех мол/л. За същия брой бенки (х mol/l) CO и H 2 O изразходвани за образованиех молове CO 2 и Х 2 . Следователно равновесните концентрации на всичките четири вещества са:
[CO 2
]
Р = [N 2
]
Р =
х
mol/l;
[CO] Р = (3 – х ) mol/l;
[Н 2 О] Р = (2 – х ) mol/l.
Като знаем равновесната константа, намираме стойносттах , и след това първоначалните концентрации на всички вещества:
Следователно желаните равновесни концентрации са:
[CO 2 ] Р = 1,2 mol/l;
[Н 2 ] Р = 1,2 mol/l;
[CO] Р \u003d 3 - 1,2 \u003d 1,8 mol / l;
[Н 2 О] Р \u003d 2 - 1,2 \u003d 0,8 mol / l.
Пример 4При определена температура равновесните концентрации в системата
2CO (g) + O 2 (g) ↔ 2CO 2 (g) бяха: = 0,2 mol/l, = 0,32 mol/l, = 0,16 mol/l. Определете константата на равновесие при тази температура и началните концентрации на CO и O 2, ако първоначалната смес не съдържа CO 2 .
решение:
1). Тъй като равновесните концентрации са дадени в условието на задачата, равновесната константа е 2:
2). Ако първоначалната смес не съдържа CO 2, тогава в момента на химическо равновесие в системата се образуват 0,16 mol CO 2.
Според UHR:
2CO (g) + O 2 (g) ↔ 2CO 2 (g)
Образуването на 0,16 mol CO 2 изразходва:
υ реагира (CO) \u003d υ (CO 2) \u003d 0,16 mol
υ реагира (O 2) \u003d 1/2υ (CO 2) \u003d 0,08 mol
Следователно,
υ първоначално = υ реагирало + υ равновесие
υ първоначално (CO) \u003d 0,16 + 0,2 \u003d 0,36 mol
υ първоначално (O 2) \u003d 0,08 + 0,32 \u003d 0,4 mol
|
вещество |
CO2 |
||
|
С инициал |
0,36 |
||
|
C реагира |
0,16 |
0,08 |
0,16 |
|
C равновесие |
0,32 |
0,16 |
Пример 5Определете равновесната концентрация на HI в системата
H 2 (g) + I 2 (g) ↔ 2HI (g),
ако при някаква температура равновесната константа е 4, а началните концентрации на H 2 , I 2 и HI са съответно 1, 2 и 0 mol/l.
Решение. Нека x mol/lздрасти
|
вещество |
H2 |
аз 2 |
|
|
от оригинала , mol/l |
|||
|
с proreact. , mol/l |
х/2 |
х/2 |
|
|
c равен. , mol/l |
1x/2 |
PCl 5 (d) = RS л 3 (г) +ОТ l 2(G); Δ з= + 92,59 kJ. Как се променя: а) температурата; б) налягане; в) концентрация с цел изместване на равновесието към директна реакция - разлаганеPCl 5 ? Решение. Промяната или промяната в химичното равновесие е промяна в равновесните концентрации на реагентите в резултат на промяна в едно от условията на реакцията. Посоката, в която се е изместило равновесието, се определя съгласно принципа на Le Chatelier: а) от реакцията на разлаганеPCl 5 ендотермичен (Δ з > 0), тогава за изместване на равновесието към директна реакция е необходимо да се повиши температурата; б) тъй като в тази система разширяването на PCl 5 води до увеличаване на обема (две газообразни молекули се образуват от една газова молекула), след което за изместване на равновесието към директна реакция е необходимо да се намали налягането; в) изместване на равновесието в посочената посока може да се постигне като повишаване на концентрацията на RSл 5 , и намаляване на концентрацията на PCl 3 или Cl 2 . |
Изследването на параметрите на системата, включително изходните вещества и продуктите на реакцията, ни позволява да разберем кои фактори изместват химичното равновесие и водят до желаните промени. Въз основа на заключенията на Льо Шателие, Браун и други учени относно методите за извършване на обратими реакции се основават промишлени технологии, които позволяват извършването на процеси, които преди са изглеждали невъзможни, и получаване на икономически ползи.
Разнообразие от химични процеси
Според характеристиките на топлинния ефект много реакции се класифицират като екзотермични или ендотермични. Първите вървят с образуването на топлина, например окисляването на въглерода, хидратирането на концентрирана сярна киселина. Вторият вид промени са свързани с усвояването на топлинна енергия. Примери за ендотермични реакции: разлагането на калциев карбонат с образуването на гасена вар и въглероден диоксид, образуването на водород и въглерод по време на термичното разлагане на метана. В уравненията на екзо- и ендотермичните процеси е необходимо да се посочи топлинният ефект. Преразпределението на електрони между атомите на реагиращите вещества става при окислително-възстановителни реакции. Според характеристиките на реагентите и продуктите се разграничават четири вида химични процеси:
За характеризиране на процесите е важна пълнотата на взаимодействието на реагиращите съединения. Тази особеност е в основата на разделянето на реакциите на обратими и необратими.
Обратимост на реакциите
Обратимите процеси съставляват по-голямата част от химичните явления. Образуването на крайни продукти от реагентите е директна реакция. Обратно, изходните вещества се получават от продуктите на тяхното разлагане или синтез. В реагиращата смес възниква химично равновесие, при което се получават толкова съединения, колкото се разлагат изходните молекули. При обратими процеси вместо знака "=" между реагентите и продуктите се използват символите "↔" или "⇌". Стрелките могат да бъдат с различна дължина, което е свързано с доминирането на една от реакциите. В химичните уравнения могат да се посочат агрегатните характеристики на веществата (g - газове, w - течности, m - твърди вещества). Научно обоснованите методи за въздействие върху обратимите процеси са от голямо практическо значение. По този начин производството на амоняк стана печелившо след създаването на условия, които изместват равновесието към образуването на целевия продукт: 3H 2 (g) + N 2 (g) ⇌ 2NH 3 (g). Необратимите явления водят до появата на неразтворимо или слабо разтворимо съединение, образуването на газ, който напуска реакционната сфера. Тези процеси включват йонен обмен, разграждане на вещества.
Химично равновесие и условия за неговото изместване
Няколко фактора влияят върху характеристиките на предните и обратните процеси. Едно от тях е времето. Концентрацията на веществото, взето за реакцията, постепенно намалява и крайното съединение се увеличава. Реакцията на предната посока е все по-бавна, обратният процес набира скорост. В определен интервал протичат два противоположни процеса синхронно. Взаимодействието между веществата възниква, но концентрациите не се променят. Причината е установеното в системата динамично химично равновесие. Неговото запазване или модифициране зависи от:
- температурни условия;
- концентрации на съединенията;
- налягане (за газове).
Промяна в химичното равновесие
През 1884 г. A. L. Le Chatelier, изключителен учен от Франция, предложи описание на начините за извеждане на система от състояние на динамично равновесие. Методът се основава на принципа на изравняване на действието на външни фактори. Le Chatelier обърна внимание на факта, че в реагиращата смес възникват процеси, които компенсират влиянието на външни сили. Принципът, формулиран от френски изследовател, гласи, че промяната на условията в състояние на равновесие благоприятства протичането на реакция, която отслабва чуждо влияние. Изместването на равновесието се подчинява на това правило, наблюдава се при промяна на състава, температурните условия и налягането. В промишлеността се използват технологии, базирани на открития на учени. Много химични процеси, които се смятаха за неприложими, се извършват с помощта на методи за изместване на равновесието.
Влияние на концентрацията
Промяна в равновесието възниква, ако определени компоненти се отстранят от зоната на взаимодействие или се въведат допълнителни части от веществото. Отстраняването на продуктите от реакционната смес обикновено води до увеличаване на скоростта на тяхното образуване, докато добавянето на вещества, напротив, води до тяхното преобладаващо разлагане. В процеса на естерификация сярната киселина се използва за дехидратация. Когато се въведе в реакционната сфера, добивът на метилацетат се увеличава: CH 3 COOH + CH 3 OH ↔ CH 3 COOSH 3 + H 2 O. Ако добавите кислород, който взаимодейства със серен диоксид, тогава химичното равновесие се измества към директна реакция на образуване на серен триоксид. Кислородът се свързва с молекулите на SO 3, концентрацията му намалява, което е в съответствие с правилото на Льо Шателие за обратимите процеси.
Промяна на температурата
Процесите, които протичат с абсорбцията или отделянето на топлина, са ендо- и екзотермични. За изместване на равновесието се използва нагряване или отнемане на топлина от реагиращата смес. Повишаването на температурата е придружено от увеличаване на скоростта на ендотермичните явления, при които се абсорбира допълнителна енергия. Охлаждането води до предимството на екзотермичните процеси, които отделят топлина. По време на взаимодействието на въглероден диоксид с въглища, нагряването се придружава от повишаване на концентрацията на моноксид, а охлаждането води до преобладаващо образуване на сажди: CO 2 (g) + C (t) ↔ 2CO (g).
Влияние на налягането
Промяната в налягането е важен фактор за реагиращите смеси, които включват газообразни съединения. Трябва също да обърнете внимание на разликата в обемите на първоначалните и получените вещества. Намаляването на налягането води до преобладаваща поява на явления, при които общият обем на всички компоненти се увеличава. Увеличаването на налягането насочва процеса в посока намаляване на обема на цялата система. Този модел се наблюдава при реакцията на образуване на амоняк: 0,5N 2 (g) + 1,5H 2 (g) ⇌ NH 3 (g). Промяната в налягането няма да повлияе на химичното равновесие в онези реакции, които протичат при постоянен обем.
Оптимални условия за осъществяване на химичния процес
Създаването на условия за изместване на равновесието до голяма степен определя развитието на съвременните химически технологии. Практическото използване на научната теория допринася за получаване на оптимални производствени резултати. Най-яркият пример е производството на амоняк: 0,5N 2 (g) + 1,5H 2 (g) ⇌ NH 3 (g). Увеличаването на съдържанието на молекули N 2 и H 2 в системата е благоприятно за синтеза на сложно вещество от прости. Реакцията е придружена от отделяне на топлина, така че намаляването на температурата ще доведе до повишаване на концентрацията на NH3. Обемът на изходните компоненти е по-голям от обема на целевия продукт. Увеличаването на налягането ще доведе до увеличаване на добива на NH3.
При производствени условия се избира оптималното съотношение на всички параметри (температура, концентрация, налягане). Освен това контактната площ между реагентите е от голямо значение. В твърдите хетерогенни системи увеличаването на повърхността води до увеличаване на скоростта на реакцията. Катализаторите увеличават скоростта на правата и обратната реакция. Използването на вещества с такива свойства не води до изместване на химичното равновесие, но ускорява неговото настъпване.
Указател за работа.
Задачи за подготовка
Направете теста за тези задачи
Назад към каталога с работни места
Версия за печат и копиране в MS Word
Химичното равновесие в реакцията се измества към образуването на реакционния продукт при
1) намаляване на налягането
2) повишаване на температурата
3) добавяне на катализатор
4) добавяне на водород
Решение.
Намаляването на налягането (външно влияние) ще доведе до увеличаване на процесите на повишаване на налягането, което означава, че равновесието ще се измести към по-голям брой газообразни частици (които създават налягане), т.е. към реагентите.
С повишаване на температурата (външно влияние) системата ще има тенденция да понижава температурата, което означава, че процесът на абсорбиране на топлина се засилва. равновесието ще се измести към ендотермична реакция, т.е. към реагентите.
Добавянето на водород (външно влияние) ще доведе до увеличаване на процесите, които консумират водород, т.е. равновесието ще се измести към продукта на реакцията
Отговор: 4
Източник: Yandex: USE учебна работа по химия. Опция 1.
Равновесието се измества към изходните материали, когато
1) намаляване на налягането
2) отопление
3) въвеждането на катализатор
4) добавяне на водород
Решение.
Принцип на Льо Шателие - ако върху система в равновесие се въздейства отвън, променяйки някое от условията на равновесие (температура, налягане, концентрация), тогава в системата се засилват процеси, насочени към компенсиране на външни влияния.
Намаляването на налягането (външно влияние) ще доведе до увеличаване на процесите на повишаване на налягането, което означава, че равновесието ще се измести към по-голям брой газообразни частици (които създават налягане), т.е. към реакционните продукти.
С повишаване на температурата (външно влияние) системата ще има тенденция да понижава температурата, което означава, че процесът на абсорбиране на топлина се засилва. равновесието ще се измести към ендотермична реакция, т.е. към реакционните продукти.
Катализаторът не влияе на изместването на равновесието
Добавянето на водород (външно влияние) ще доведе до увеличаване на процесите, които консумират водород, т.е. равновесието ще се измести в посока на първоначалните вещества
Отговор: 4
Източник: Yandex: USE учебна работа по химия. Вариант 2.
Дмитрий Коломиец 11.12.2016 17:35
4 не може да е правилно. При добавяне на водород равновесието ще се измести по посока на потреблението му - по посока на реакционните продукти
Александър Иванов
Остава да разберем коя част от уравнението ПРОДУКТИ
В системата
изместването на химическия баланс надясно ще допринесе за
1) намаляване на temp-pe-ra-tu-ry
2) повишаване на концентрацията на въглероден оксид-le-ro-da (II)
3) повишаване на налягането
4) намаляване на концентрацията на хлор
Решение.
Необходимо е да се анализира реакцията и да се установи какви фактори ще допринесат за изместването на баланса надясно. Реакцията е en-do-ter-mi-che-sky, протича с увеличаване на обема на газообразни продукти, хомогенни, възникващи в газовата фаза. Съгласно принципа на Льо Шателие за външното действие, системата прави про-ти-в-действие. Следователно е възможно да изместите баланса надясно, ако увеличите температурата, намалите налягането, увеличите концентрацията на изходните вещества или намалите броя на реакциите на продуктите. Сравнявайки тези параметри с опциите от-ve-tov, ние избираме отговор № 4.
Отговор: 4
Изместване на химичното равновесие наляво в реакцията
ще допринесе
1) намаляване на концентрацията на хлор
2) намаляване на концентрацията на хлороводород
3) повишаване на налягането
4) понижаване на температурата
Решение.
Въздействието върху система, която е в равновесие, е съпроводено с противодействие от нейна страна. С намаляване на концентрацията на изходните вещества равновесието се измества към образуването на тези вещества, т.е. наляво.
