Keemilise tasakaalu seisund sõltub paljudest teguritest: temperatuur, rõhk, reageerivate ainete kontsentratsioon. Vaatame lähemalt nende tegurite mõju.
Tasakaalusüsteemi komponentide kontsentratsiooni muutus konstantsel temperatuuril nihutab tasakaalu, kuid tasakaalukonstandi väärtus ei muutu. Kui reaktsiooni jaoks suurendatakse aine A (või B) kontsentratsiooni, siis edasisuunalise reaktsiooni kiirus suureneb, kuid pöördreaktsiooni kiirus algajal ei muutu. Tasakaal on häiritud. Seejärel hakkab lähteainete kontsentratsioon vähenema ja reaktsioonisaaduste kontsentratsioon suureneb ning see juhtub kuni uue tasakaalu saavutamiseni. Sellistel juhtudel väidetakse, et tasakaal nihkub reaktsiooniproduktide moodustumise suunas või nihkub paremale.
Samamoodi arutledes tehke ise kindlaks, kuhu tasakaal aine C kontsentratsiooni suurendamisel nihkub; vähendada aine D kontsentratsiooni.
Komponentide kontsentratsiooni muutmisega saate nihutada tasakaalu soovitud suunas, suurendades või vähendades reaktsioonisaaduste saagist; saavutada lähteainete täielikum kasutamine või vastupidi,
Teise ülesande täitmiseks pidage meeles, et otsereaktsioon kestab seni, kuni üks komponentidest A või B on lõppenud. Reaktsioonivõrrandist on selgelt näha, et reagendid reageerivad ekvimolaarsetes* kogustes ja nende kontsentratsioonid on võrdsed vastavalt probleem. Järelikult lõpevad ained A ja B, astudes reaktsiooni, samal ajal. Reaktsioonivõrrandist selgub ka, et ühe mooli aine A muundamisel tekib kaks mooli ainet C ja üks mool ainet D. Seega süsteemis juba olemasolevate ainete C ja D hulgale lisandub veel mõni mool. lisatakse. Pärast lihtsat arvutust saame soovitud tulemuse:
[A] = [B] = 0 mol/l; [C] = 2 + 2 = 4 mol/l; [D] = 2 + 1 = 3 mol/l.
Sarnane arutluskäik viige läbi ka kolmanda ülesande puhul, pidades meeles, et ained C ja D reageerivad vahekorras 2:1 ning arvutus tuleb läbi viia defitsiitse aine koguse järgi (identifitseerige see aine). Tehke arvutused ja saate tulemuse:
[A] = [B] = 1 + 2/2 = 2 mol/l; [C] = 0 mol/l; [D] = 2-2/2 = 1 mol/l.
Reaktsiooni A + B C + D tasakaalukonstant on võrdne ühtsusega. Algkontsentratsioon [A]o = 0,02 mol/l. Kui suur protsent ainest A muundub, kui [B]o algkontsentratsioon on 0,02; 0,1; 0,2?
Tähistame x-ga aine A tasakaalukontsentratsiooni ja kirjutame üles tasakaalukonstandi avaldis. Aine B tasakaalukontsentratsioon on samuti võrdne x-ga. Reaktsiooniproduktide (C ja D) kontsentratsioonid on üksteisega võrdsed ja 0,02. (Näidake seda reaktsioonivõrrandi abil.)
Kirjutame üles tasakaalukonstandi avaldis.
Kravn. = (0,02 - x) (0,02 - x)/x2 = 1
Olles lahendanud x võrrandi, saame tulemuseks: x = 0,01. Järelikult läbis esimesel juhul pool ainest A (ehk 50%) transformatsiooni.
Teisel juhul on tasakaalukonstant võrdne
Kravn. = (0,02 - x) (0,02 - x)/(0,1 - (0,02 - x)) = 1
Hankige see avaldis ise ja pärast võrrandi lahendamist kontrollige saadud tulemust (x = 0,003). Järelikult sisenes reaktsiooni (0,02 - 0,003) mooli ainet A, mis on 83,5%.
Lahendage ülesanne kolmandal juhul ise ja lahendage ka sama ülesanne, tähistades x-ga reageerinud aine kogust.
Saadud tulemuste põhjal võib teha olulise järelduse. Konstantsel tasakaalukonstandil reageeriva aine osakaalu suurendamiseks on vaja suurendada teise reagendi kogust süsteemis. Sarnane probleem tekib näiteks jäätmete keemilisel ümbertöötlemisel.
Temperatuuri tõustes suureneb nii edasi- kui ka vastupidise reaktsiooni kiirus, kuid kui pärireaktsioon on endotermiline (?H > 0), siis pärireaktsiooni kiirus suureneb rohkem kui pöördreaktsiooni kiirus ja tasakaal nihkub toodete moodustumise suunas või paremale. Edasisuunalise reaktsiooni negatiivse termilise efektiga (eksotermiline reaktsioon) suureneb pöördreaktsiooni kiirus tugevamini ja tasakaal nihkub vasakule.
Kaaluge iseseisvalt kõiki võimalikke tasakaalu nihutamise juhtumeid, kui temperatuur langeb.
Joonisel 5 on näha, et erinevus E"a - E"a on võrdne reaktsiooni?H-ga, mis tähendab, et tasakaalukonstandi väärtus sõltub reaktsiooni termilise efekti suurusest, s.o. sõltub sellest, kas reaktsioon on endo- või eksotermiline.
Teatud reaktsiooni tasakaalukonstant 293°K juures on 5 10-3 ja 1000°K juures 2 10-6. Mis on selle reaktsiooni termilise efekti märk?
Ülesande tingimustest järeldub, et temperatuuri tõustes tasakaalukonstant väheneb. Kasutame avaldist (22) ja vaatame, milline peab olema DH reaktsiooni märk, et konstant väheneks.
Kravn. on esindatud eksponentsiaalfunktsiooniga, mille väärtus väheneb argumendi vähenemisega, meie puhul - avaldise DH/RT väärtus. Selleks, et argumendi väärtus väheneks, peab DH väärtus olema negatiivne. Seetõttu on kõnealune reaktsioon eksotermiline.
Rõhu muutused mõjutavad oluliselt gaasilisi komponente sisaldavate süsteemide olekut. Sel juhul muutub vastavalt gaasiseadustele süsteemi maht ja see toob kaasa gaasiliste ainete kontsentratsiooni (või nende osarõhkude) muutumise. Seega väheneb rõhu suurenemisega maht ja gaasiliste ainete kontsentratsioon suureneb. Nagu me juba teame, viib kontsentratsiooni suurenemine tasakaalu nihkumiseni reaktiivi tarbimise suunas, mis on suurendanud selle kontsentratsiooni. Sel juhul võib selle sõnastada mõnevõrra teisiti. ?Rõhu tõustes nihkub tasakaal gaasiliste ainete väiksema koguse või lihtsamalt öeldes gaasiliste ainete molekulide arvu vähenemise suunas. Tahkete ja vedelate ainete kontsentratsioon ei muutu rõhuga.
Vaatleme klassikalist näidet ammoniaagi sünteesist lämmastikust ja vesinikust
3H2 + N2 - 2NH3, (DN< 0).
Kuna süsteem koosneb ainult gaasilistest ainetest ja ammoniaagi moodustumisel molekulide arv väheneb, siis rõhu tõustes nihkub tasakaal paremale, suurema ammoniaagi saagise suunas. Seetõttu viiakse ammoniaagi tööstuslik süntees läbi kõrgendatud rõhul.
Pakkuge välja oma temperatuuritingimused ammoniaagi sünteesiks, teades reaktsiooni termilist efekti ja lähtudes toote maksimaalsest saagisest. Kuidas on need tingimused seotud protsessi kineetiliste teguritega?
Kuidas mõjutab rõhu tõus järgmiste reaktsioonide tasakaalu?
keemilise kineetika katalüsaatori inhibiitor
CaCO3(c.) - CaO(c.) + CO2(g.);
4Fe(c.) + 3O2(g.) - 2Fe2O3(c.).
Esimeses reaktsioonis on gaasiline ainult süsinikdioksiid CO2, seetõttu nihkub tasakaal rõhu suurenemisel vasakule, gaasilise aine koguse vähenemise suunas.
Mõelge ise teisele juhtumile.
Kuidas tuleks nende reaktsioonide rõhku muuta, et saavutada suurem saagis?
Kõiki tasakaalusüsteemi oleku muutuste juhtumeid välismõjude mõjul saab üldistada, sõnastades Le Chatelier’ põhimõtte:
Kui tasakaaluseisundis süsteemile avaldatakse väline mõju, siis tasakaal nihkub suunas, mis nõrgendab välismõju mõju.
Kontrollige, kas Le Chatelier' põhimõte kehtib kõigil ülalkirjeldatud juhtudel.
Tooge endale näiteid tasakaalu muutumise kohta, kui välistingimused muutuvad, ja selgitage neid Le Chatelier' põhimõttel.
Niisiis, oleme kaalunud peamisi keemiliste reaktsioonide mustritega seotud küsimusi. Nende mustrite tundmine võimaldab teil optimaalse tulemuse saavutamiseks teatud protsesside läbiviimise tingimusi mõtestatult mõjutada.
Küsimused enesekontrolliks
- 1. Milliseid reaktsioone nimetatakse pöörduvateks?
- 2. Kuidas ja miks muutuvad edasi- ja tagasireaktsiooni kiirused ajas?
- 3. Mida nimetatakse keemiliseks tasakaaluks?
- 4. Milline suurus iseloomustab kvantitatiivselt keemilist tasakaalu?
- 5. Millest sõltub tasakaalukonstandi väärtus: reagentide kontsentratsioonist; reageerivate ainete olemus; üldine rõhk; temperatuur; katalüsaatori olemasolu?
- 6. Millised märgid on iseloomulikud tõelisele keemilisele tasakaalule?
- 7. Mis vahe on vale keemilise tasakaalu ja tõelise tasakaalu vahel?
- 8. Esitage Le Chatelier’ põhimõtte sõnastus.
- 9. Sõnasta tagajärjed Le Chatelier’ põhimõttest.
Ülesanne 2/15
2 .
Keemiline tasakaal süsteemis
C 4 H 10 (g) ⇄ C 4 H 6 (g) + 2H 2 (g) − Q
nihkub lähteainete poole, kui
Õige
Le Chatelier’ põhimõtte järgi –
Vale
Le Chatelier’ põhimõtte järgi – Kui tasakaalusüsteemi mõjutatakse väljastpoolt, muutes ükskõik millist tasakaaluasendit määravat tegurit, siis suureneb süsteemis toimuva protsessi suund, mis seda mõju nõrgendab.
Kui temperatuur langeb (välismõju - süsteemi jahutamine), kipub süsteem temperatuuri tõstma, mis tähendab, et eksotermiline protsess (pöördreaktsioon) intensiivistub, tasakaal nihkub vasakule, reaktiivide poole.
Ülesanne 3/15
3 .
Tasakaal reaktsioonis
CaCO 3 (tv) = CaO (tv) + CO 2 (g) - Q
nihkub toodete poole, millal
Õige
Le Chatelier’ põhimõtte järgi – e Kui tasakaalusüsteemi mõjutatakse väljastpoolt, muutes ükskõik millist tasakaaluasendit määravat tegurit, siis intensiivistub süsteemis protsessi suund, mis seda mõju nõrgendab -
Vale
Le Chatelier’ põhimõtte järgi – e Kui tasakaalusüsteemi mõjutatakse väljastpoolt, muutes ükskõik millist tasakaaluasendit määravat tegurit, siis intensiivistub süsteemis protsessi suund, mis seda mõju nõrgendab - temperatuuri tõustes (kuumutamisel) kipub süsteem temperatuuri alandama, mis tähendab, et soojust neelav protsess intensiivistub, tasakaal nihkub endotermilise reaktsiooni suunas, s.t. toodete poole.
Ülesanne 4/15
4 .
Tasakaal reaktsioonis
C 2 H 4 (g) + H 2 O (g) = C 2 H 5 OH (g) + K
nihkub toote poole millal
Õige
Le Chatelier’ põhimõtte järgi – e
Vale
Le Chatelier’ põhimõtte järgi – e Kui tasakaalusüsteemi mõjutatakse väljastpoolt, muutes mõnda tasakaaluasendit määravat tegurit, siis suureneb seda mõju nõrgendava protsessi suund süsteemis - kogurõhu suurenedes kipub süsteem seda alandama, tasakaal nihkub gaasiliste ainete väiksema koguse, s.o toodete poole.
Ülesanne 5/15
5 .
O 2 (g) + 2CO (g) ⇄ 2CO 2 (g) + K
V. Temperatuuri langedes nihkub keemiline tasakaal selles süsteemis reaktsioonisaaduste suunas.
B. Kui süsinikmonooksiidi kontsentratsioon väheneb, nihkub süsteemi tasakaal reaktsioonisaaduste suunas.
Õige
Vale
Tõsi on ainult A, Le Chatelier’ põhimõtte kohaselt nihkub temperatuuri langedes keemiline tasakaal eksotermilise reaktsiooni ehk reaktsiooniproduktide suunas. Väide B on vale, kuna süsinikmonooksiidi kontsentratsiooni vähenemisel kipub süsteem seda suurendama, st suureneb selle moodustumise suund, süsteemi tasakaal nihkub vasakule, reaktiivide poole.
Ülesanne 6/15
6 .
Rõhu tõustes suureneb pöörduvas reaktsioonis toote(de) saagis
Õige
Vale
Le Chatelier’ põhimõtte järgi – e Kui tasakaalusüsteemi mõjutatakse väljastpoolt, muutes mõnda tasakaaluasendit määravat tegurit, siis suureneb seda mõju nõrgendava protsessi suund süsteemis - kui rõhk tõuseb, kipub süsteem seda alandama ja tasakaal nihkub gaasiliste ainete väiksema koguse suunas. See tähendab, et reaktsioonides, kus gaasiliste ainete kogus võrrandi paremal poolel (produktides) on väiksem kui vasakul pool (reagentides), suurendab rõhu suurenemine saagise suurenemist. toode(d), teisisõnu tasakaal nihkub toodete suunas. See tingimus on täidetud ainult teises variandis - vasakul küljel - 2 mooli gaasi, paremal - 1 mooli gaasi.
Sel juhul ei aita tahked ja vedelad ained tasakaalunihkele kaasa. Kui gaasiliste ainete kogused võrrandi paremal ja vasakul küljel on võrdsed, ei too rõhu muutus kaasa tasakaalunihet.
Ülesanne 7/15
7 .
Keemilise tasakaalu nihutamiseks süsteemis
H2 (g) + Br2 (g) ⇄ 2HBr (g) + Q
toote suhtes on vajalik
Õige
Vale
Le Chatelier’ põhimõtte kohaselt reageerib süsteem välismõjudele. Seetõttu saab temperatuuri alandamisel, lähteainete kontsentratsiooni suurendamisel või reaktsioonisaaduste hulga vähendamisel tasakaalu nihutada paremale, saaduse poole. Kuna gaasiliste ainete kogused võrrandi paremal ja vasakul küljel on võrdsed, ei nihuta rõhu muutus tasakaalu. Broomi lisamine toob kaasa seda tarbivate protsesside intensiivistamise, st. tasakaal nihkub toodete poole.
Ülesanne 8/15
8 .
Süsteemis
2SO 2 (g) + O 2 (g) ⇄ 2SO 3 (g) + Kkeemilise tasakaalu nihe paremale toimub siis, kui
Õige
Vale
Alandage temperatuuri (st otsereaktsioon on eksotermiline), suurendage lähteainete kontsentratsiooni või vähendage reaktsiooniproduktide hulka või suurendage rõhku (kuna otsereaktsioon toimub gaasiliste ainete kogumahu vähenemisega).
Ülesanne 9/15
9 .
Kas järgmised hinnangud süsteemi keemilise tasakaalu nihke kohta on õiged?
CO (g) + Cl 2 (g) ⇄ COCl 2 (g) + K
A. Kui rõhk tõuseb, nihkub keemiline tasakaal reaktsioonisaaduse suunas.
B. Temperatuuri langedes nihkub keemiline tasakaal selles süsteemis reaktsioonisaaduse suunas.
Õige
Le Chatelier’ põhimõtte kohaselt reageerib süsteem välismõjudele. Seetõttu saate tasakaalu nihutada paremale toote poole vähendada temperatuuri tõsta vererõhku
Vale
Le Chatelier’ põhimõtte kohaselt reageerib süsteem välismõjudele. Seetõttu saate tasakaalu nihutada paremale toote poole vähendada temperatuuri(st otsereaktsioon on eksotermiline), suurendada lähteainete kontsentratsiooni või vähendada reaktsioonisaaduste hulka või tõsta vererõhku(sest otsene reaktsioon toimub gaasiliste ainete kogumahu vähenemisega). Seega on mõlemad otsused õiged.
Ülesanne 10/15
10 .
Süsteemis
SO 2 (g) + Cl 2 (g) ⇄ SO 2 Cl 2 (g) + K
keemilise tasakaalu nihkumine paremale aitab kaasa
Õige
Vale
Ülesanne 11/15
11 .
Millises süsteemis nihutab vesiniku kontsentratsiooni suurenemine keemilist tasakaalu vasakule?
Õige
Vale
Le Chatelier' põhimõtte kohaselt kipub süsteem komponendi kontsentratsiooni suurenemisel selle kontsentratsiooni vähendama, st tarbima seda. Reaktsioonis, kus saadus on vesinik, nihutab selle kontsentratsiooni tõus keemilise tasakaalu vasakule, tarbimise suunas.
Ülesanne 12/15
12 .
Kui kogurõhk suureneb, nihkub tasakaal reaktsioonisaaduste suunas
Õige
Le Chatelier’ põhimõtte järgi – e Kui tasakaalusüsteemi mõjutatakse väljastpoolt, muutes mõnda tasakaaluasendit määravat tegurit, siis suureneb seda mõju nõrgendava protsessi suund süsteemis -
Vale
Le Chatelier’ põhimõtte järgi – e Kui tasakaalusüsteemi mõjutatakse väljastpoolt, muutes mõnda tasakaaluasendit määravat tegurit, siis suureneb seda mõju nõrgendava protsessi suund süsteemis - kui kogurõhk suureneb, kipub süsteem seda alandama ja tasakaal nihkub gaasiliste ainete väiksema koguse suunas. Ainult neljanda variandi puhul sisaldavad tooted vähem gaasilisi aineid, s.t. otsene reaktsioon kulgeb ruumala vähenemisega, nii et üldrõhu tõus nihutab tasakaalu selles reaktsioonis olevate saaduste suunas.
Ülesanne 1/15
1 .
Kui üldrõhk väheneb, nihkub tasakaal reaktsioonisaaduste suunas
Õige
e
Vale
Le Chatelier’ põhimõtte järgi – rõhu langus toob kaasa rõhku suurendavate protsesside intensiivistumise, mis tähendab, et tasakaal nihkub suurema hulga gaasiliste osakeste (mis tekitavad rõhku) suunas. Ainult teisel juhul on toodetes (võrrandi paremal poolel) rohkem gaasilisi aineid kui reaktiivides (võrrandi vasakul poolel).
Ülesanne
Märkige, kuidas see mõjutab:
a) rõhu tõus;
b) temperatuuri tõus;
c) hapniku kontsentratsiooni suurenemine süsteemi tasakaalustamiseks:
2CO (G) + O 2 (G) ↔ 2CO 2 (G) + Q
Lahendus:
a) Rõhu muutus nihutab gaasiliste ainetega seotud reaktsioonide tasakaalu (d). Määrame stöhhiomeetriliste koefitsientide abil gaasiliste ainete mahud enne ja pärast reaktsiooni:
Le Chatelier’ põhimõtte kohaselt suureneva rõhuga , tasakaal nihkub hariduse pooleI ained, mis hõivavad vähem o b b me sööme, seetõttu nihkub tasakaal paremale, s.t. CO 2 tekke suunas, otsese reaktsiooni suunas (→) .
b) Le Chatelier' põhimõtte kohaselt kui temperatuur tõuseb, tasakaal nihkub endotermilise reaktsiooni suunas (- K ), st. pöördreaktsiooni suunas – CO 2 lagunemisreaktsiooni (←) , sest energia jäävuse seaduse järgi:
Q - 2 CO (g) + O 2 (g) ↔ 2 CO 2 (g) + Q
V) Hapniku kontsentratsiooni suurenemisega süsteemi tasakaal nihkub CO 2 tootmise suunas (→) sestreagentide (vedelate või gaasiliste) kontsentratsiooni suurenemine nihkub toodete poole, s.o. otsese reaktsiooni suunas.
Lisaks:
Näide 1. Mitu korda muutub edasi- ja tagurpidi reaktsiooni kiirus süsteemis:
2 NII 2 (d) +O 2 (g) = 2NII 3 (G)
kui gaasisegu mahtu vähendada kolm korda? Millises suunas süsteemi tasakaal nihkub?
Lahendus. Tähistame reagentide kontsentratsioone: [NII 2 ]= a , [ABOUT 2 ] = b , [ NII 3 ] = Koos. Vastavalt massikiiruse seaduselev otsesed ja pöördreaktsioonid enne mahu muutusi:
v jne = Ka 2 b
v arr. = TO 1 Koos 2 .
Pärast homogeense süsteemi ruumala kolmekordset vähendamist suureneb iga reagendi kontsentratsioon kolm korda: [NII 2 ] = 3 A , [ABOUT 2 ] = 3 b ; [ NII 3 ] = 3 Koos . Uutel kiiruskontsentratsioonidelv ’ edasi- ja tagurpidi reaktsioonid:
v ’ jne = TO (3 A ) 2 (3 b ) = 27 Ka 2 b
v ’ arr. = TO 1 (3 Koos ) 2 = 9 TO 1 Koos 2
Siit:
Järelikult suurenes edasisuunalise reaktsiooni kiirus 27 korda ja vastupidise reaktsiooni kiirus vaid üheksa korda. Süsteemi tasakaal on nihkunud hariduse pooleNII 3 .
Näide 2. Arvutage, mitu korda suureneb gaasifaasis toimuva reaktsiooni kiirus, kui temperatuur tõuseb 30-lt 70-le O C, kui reaktsiooni temperatuuritegur on 2.
Lahendus. Keemilise reaktsiooni kiiruse sõltuvus temperatuurist määratakse empiirilise Van't Hoffi reegliga järgmise valemi järgi:
Seetõttu reaktsioonikiirusν T 2 temperatuuril 70 O Suurema reaktsioonikiirusegaν T 1 temperatuuril 30 O C 16 korda.
Näide 3. Homogeense süsteemi tasakaalukonstant:
CO(g) + H 2 O(g) = CO 2 (g) + N 2 (G)
850 juures O C on võrdne 1-ga. Arvutage kõigi ainete kontsentratsioonid tasakaalus, kui algkontsentratsioonid on: [CO] viide = 3 mol/l, [H 2 ABOUT] viide = 2 mol/l.
Lahendus. Tasakaaluseisundis on päri- ja tagasireaktsiooni kiirused võrdsed ning nende kiiruste konstantide suhe on konstantne ja seda nimetatakse antud süsteemi tasakaalukonstandiks:
v pr = TO 1 [UNISTUS 2 ABOUT]
v arr. = K 2 [CO 2 ][N 2 ]
Probleemi püstituses on antud algkontsentratsioonid, avaldises agaTO R hõlmab ainult kõigi süsteemi ainete tasakaalukontsentratsioone. Oletame, et tasakaalukontsentratsiooni hetkeks [CO 2 ] R = X mol/l. Vastavalt süsteemi võrrandile on ka moodustunud vesiniku moolide arvX mol/l. sama palju mutte (X mol/l) CO ja H 2 O kulutatakse hariduseleX mutid CO 2 ja N 2 . Seetõttu on kõigi nelja aine tasakaalukontsentratsioonid:
[CO 2
]
R = [H 2
]
R =
X
mol/l;
[CO] R = (3 – X ) mol/l;
[H 2 ABOUT] R = (2 – X ) mol/l.
Teades tasakaalukonstanti, leiame väärtuseX ja seejärel kõigi ainete algkontsentratsioonid:
Seega on soovitud tasakaalukontsentratsioonid:
[CO 2 ] R = 1,2 mol/l;
[H 2 ] R = 1,2 mol/l;
[CO] R = 3 – 1,2 = 1,8 mol/l;
[H 2 ABOUT] R = 2 – 1,2 = 0,8 mol/l.
Näide 4. Teatud temperatuuril tasakaalukontsentratsioonid süsteemis
2CO (g) + O 2 (g) ↔ 2CO 2 (g) olid: = 0,2 mol/l, = 0,32 mol/l, = 0,16 mol/l. Määrake tasakaalukonstant sellel temperatuuril ning CO ja O 2 algkontsentratsioonid, kui algsegu ei sisaldanud CO 2.
Lahendus:
1). Kuna tasakaalukontsentratsioonid on antud ülesande avalduses, on tasakaalukonstant võrdne 2-ga:
2). Kui algsegu CO 2 ei sisaldanud, siis keemilise tasakaalu momendil tekkis süsteemis 0,16 mol CO 2.
UHRi andmetel:
2CO (g) + O 2 (g) ↔ 2CO 2 (g)
0,16 mol CO 2 moodustamiseks on vaja:
υ reageerinud (CO) = υ (CO2) = 0,16 mol
υ reageerinud (O 2) = 1/2υ (CO 2) = 0,08 mol
Seega
υ esialgne = υ reageeris + υ tasakaal
υ esialgne (CO) = 0,16 +0,2 = 0,36 mol
υ esialgne (O2) = 0,08 +0,32 = 0,4 mol
|
Aine |
CO2 |
||
|
Originaalist |
0,36 |
||
|
C reageeris |
0,16 |
0,08 |
0,16 |
|
C tasakaal |
0,32 |
0,16 |
Näide 5.Määrake HI tasakaalukontsentratsioon süsteemis
H 2 (g) + I 2 (g) ↔ 2HI (g) ,
kui teatud temperatuuril on tasakaalukonstant 4 ning H 2, I 2 ja HI algkontsentratsioonid on vastavalt 1, 2 ja 0 mol/l.
Lahendus. Mingil ajahetkel kujunegu x mol/l TERE
|
Aine |
H 2 |
ma 2 |
|
|
allikast , mol/l |
|||
|
koos pro-reageerimisega. , mol/l |
x/2 |
x/2 |
|
|
c võrdne , mol/l |
1-x/2 |
PCl 5 (g) = RS l 3 (d) + KOOS l 2(G); Δ N= + 92,59 kJ. Kuidas muuta: a) temperatuuri; b) rõhk; c) kontsentratsioon, et nihutada tasakaal otsese reaktsiooni – lagunemise – suunasPCl 5 ? Lahendus. Keemilise tasakaalu nihe või nihe on reageerivate ainete tasakaalukontsentratsioonide muutus ühe reaktsioonitingimuste muutumise tagajärjel. Tasakaalu nihkumise suund määratakse Le Chatelier' põhimõttega: a) alates lagunemisreaktsioonistPCl 5 endotermiline (Δ N > 0) siis tasakaalu nihutamiseks otsereaktsiooni suunas on vaja temperatuuri tõsta; b) kuna selles süsteemis toimub PCl lagunemine 5 viib mahu suurenemiseni (ühest gaasimolekulist moodustub kaks gaasilist molekuli), siis tasakaalu nihutamiseks otsese reaktsiooni suunas on vaja rõhku alandada; c) tasakaalu nihe näidatud suunas on saavutatav RS kontsentratsiooni suurendamisegal 5 ja PCl kontsentratsiooni langus 3 või Cl 2 . |
Süsteemi parameetrite, sealhulgas lähteainete ja reaktsioonisaaduste uurimine võimaldab välja selgitada, millised tegurid nihutavad keemilist tasakaalu ja viivad soovitud muutusteni. Tööstustehnoloogiad põhinevad Le Chatelier', Browni ja teiste teadlaste järeldustel pöörduvate reaktsioonide läbiviimise meetodite kohta, mis võimaldavad läbi viia protsesse, mis varem tundusid võimatud, ja saada majanduslikku kasu.
Erinevad keemilised protsessid
Termilise efekti omaduste põhjal liigitatakse paljud reaktsioonid ekso- või endotermilisteks. Esimesed tulevad koos soojuse moodustumisega, näiteks süsiniku oksüdeerumisega, kontsentreeritud väävelhappe hüdraatimisega. Teist tüüpi muutused on seotud soojusenergia neeldumisega. Endotermiliste reaktsioonide näited: kaltsiumkarbonaadi lagunemine kustutatud lubja ja süsinikdioksiidi moodustumisega, vesiniku ja süsiniku moodustumine metaani termilisel lagunemisel. Ekso- ja endotermiliste protsesside võrrandites on vaja märkida termiline efekt. Elektronide ümberjaotumine reageerivate ainete aatomite vahel toimub redoksreaktsioonides. Vastavalt reaktiivide ja toodete omadustele eristatakse nelja tüüpi keemilisi protsesse:
Protsesside iseloomustamiseks on oluline reageerivate ühendite interaktsiooni täielikkus. See omadus on aluseks reaktsioonide jagunemisele pöörduvateks ja pöördumatuteks.
Reaktsioonide pöörduvus
Suurema osa keemilistest nähtustest moodustavad pöörduvad protsessid. Lõppproduktide moodustumine reagentidest on otsene reaktsioon. Vastupidisel juhul saadakse lähteained nende lagunemise või sünteesi saadustest. Reageerivas segus tekib keemiline tasakaal, kus saadakse sama palju ühendeid, kui algsed molekulid lagunevad. Pööratavates protsessides kasutatakse reaktiivide ja toodete vahelise märgi “=” asemel sümboleid “↔” või “⇌”. Nooled võivad olla ebavõrdse pikkusega, mis on tingitud ühe reaktsiooni domineerimisest. Keemilistes võrrandites saate näidata ainete koondomadusi (g - gaasid, g - vedelikud, t - tahked ained). Teaduslikult põhjendatud pöörduvate protsesside mõjutamise meetoditel on suur praktiline tähtsus. Seega muutus ammoniaagi tootmine tulusaks pärast tingimuste loomist, mis nihutasid tasakaalu sihtprodukti moodustumise suunas: 3H 2 (g) + N 2 (g) ⇌ 2NH 3 (g). Pöördumatud nähtused toovad kaasa lahustumatu või vähelahustuva ühendi ilmumise ja reaktsioonisfäärist väljuva gaasi moodustumise. Sellised protsessid hõlmavad ioonivahetust ja ainete lagunemist.
Keemiline tasakaal ja selle nihkumise tingimused
Edasi- ja tagurpidi protsesside omadusi mõjutavad mitmed tegurid. Üks neist on aeg. Reaktsiooniks võetud aine kontsentratsioon väheneb järk-järgult ja lõppühend suureneb. Edasiliikumine on aeglasem ja aeglasem, samal ajal kui vastupidine protsess kogub kiirust. Teatud intervalliga toimuvad sünkroonselt kaks vastandlikku protsessi. Ainetevahelised vastasmõjud toimuvad, kuid kontsentratsioonid ei muutu. Põhjuseks on süsteemis tekkinud dünaamiline keemiline tasakaal. Selle säilitamine või muutmine sõltub:
- temperatuuritingimused;
- ühendite kontsentratsioonid;
- rõhk (gaaside puhul).
Keemilise tasakaalu nihe
Aastal 1884 pakkus väljapaistev teadlane Prantsusmaalt A. L. Le Chatelier välja kirjelduse viisidest, kuidas süsteem dünaamilise tasakaalu seisundist eemaldada. Meetod põhineb välistegurite mõju tasandamise põhimõttel. Le Chatelier märkas, et reageerivas segus tekivad protsessid, mis kompenseerivad kõrvaliste jõudude mõju. Prantsuse teadlase sõnastatud põhimõte ütleb, et tingimuste muutumine tasakaaluseisundis soosib välismõjusid nõrgestava reaktsiooni tekkimist. Seda reeglit järgib tasakaalunihe; seda täheldatakse koostise, temperatuuritingimuste ja rõhu muutumisel. Tööstuses kasutatakse teadlaste leidudel põhinevaid tehnoloogiaid. Paljud keemilised protsessid, mida peeti praktiliselt võimatuks, viiakse läbi tasakaalu nihutamise meetodite abil.
Kontsentratsiooni mõju
Tasakaalu nihe toimub siis, kui teatud komponendid eemaldatakse interaktsioonitsoonist või lisatakse aine täiendavaid osi. Toodete eemaldamine reaktsioonisegust põhjustab tavaliselt nende moodustumise kiiruse suurenemist, ainete lisamine, vastupidi, toob kaasa nende eelistatud lagunemise. Esterdamisprotsessis kasutatakse dehüdratsiooniks väävelhapet. Kui see viiakse reaktsioonisfääri, suureneb metüülatsetaadi saagis: CH 3 COOH + CH 3 OH ↔ CH 3 COOCH 3 + H 2 O. Kui lisada hapnikku, mis interakteerub vääveldioksiidiga, nihkub keemiline tasakaal otsese poole. vääveltrioksiidi moodustumise reaktsioon. Hapnik seondub SO 3 molekulidesse, selle kontsentratsioon väheneb, mis on kooskõlas Le Chatelier' pöörduvate protsesside reegliga.
Temperatuuri muutus
Protsessid, mis hõlmavad soojuse neeldumist või vabanemist, on endotermilised ja eksotermilised. Tasakaalu nihutamiseks kasutatakse kuumutamist või soojuse eemaldamist reageerivast segust. Temperatuuri tõusuga kaasneb endotermiliste nähtuste kiiruse tõus, mille käigus neeldub lisaenergiat. Jahutamine annab eelise eksotermilistele protsessidele, mis tekivad soojuse eraldumisel. Kui süsinikdioksiid interakteerub kivisöega, kaasneb kuumutamisega monooksiidi kontsentratsiooni suurenemine ja jahutamine põhjustab valdavalt tahma moodustumist: CO 2 (g) + C (t) ↔ 2CO (g).
Surve mõju
Rõhumuutused on gaasilisi ühendeid sisaldavate segude reageerimisel oluline tegur. Tähelepanu tuleks pöörata ka lähte- ja saadud ainete mahtude erinevusele. Rõhu langus toob kaasa nähtuste eelistatud esinemise, mille korral kõigi komponentide kogumaht suureneb. Rõhu tõus suunab protsessi kogu süsteemi mahu vähenemise suunas. Seda mustrit täheldatakse ammoniaagi moodustumise reaktsioonis: 0,5N 2 (g) + 1,5 N 2 (g) ⇌ NH3 (g). Rõhu muutus ei mõjuta konstantse mahu juures toimuvate reaktsioonide keemilist tasakaalu.
Optimaalsed tingimused keemilise protsessi jaoks
Tasakaalu nihkeks tingimuste loomine määrab suuresti kaasaegsete keemiatehnoloogiate arengu. Teadusliku teooria praktiline kasutamine aitab kaasa optimaalsete tootmistulemuste saavutamisele. Kõige silmatorkavam näide on ammoniaagi tootmine: 0,5N 2 (g) + 1,5 N 2 (g) ⇌ NH 3 (g). N 2 ja H 2 molekulide sisalduse suurenemine süsteemis on soodne keerukate ainete sünteesiks lihtsatest. Reaktsiooniga kaasneb soojuse eraldumine, seega põhjustab temperatuuri langus NH3 kontsentratsiooni tõusu. Algkomponentide maht on suurem kui sihttoode. Rõhu tõus tagab NH3 saagise suurenemise.
Tootmistingimustes valitakse kõigi parameetrite (temperatuur, kontsentratsioon, rõhk) optimaalne suhe. Lisaks on suur tähtsus reaktiivide kokkupuutepinnal. Tahketes heterogeensetes süsteemides põhjustab pinna suurenemine reaktsioonikiiruse suurenemist. Katalüsaatorid suurendavad edasi- ja tagurpidi reaktsioonide kiirust. Selliste omadustega ainete kasutamine ei too kaasa keemilise tasakaalu nihkumist, vaid kiirendab selle tekkimist.
Ülesannete kataloog.
Ettevalmistusülesanded
Tehke nende ülesannete jaoks testid
Tagasi ülesannete kataloogi
MS Wordis printimiseks ja kopeerimiseks mõeldud versioon
Reaktsiooni keemiline tasakaal nihkub reaktsioonisaaduse moodustumise suunas, kui
1) rõhu langus
2) temperatuuri tõus
3) katalüsaatori lisamine
4) vesiniku lisamine
Lahendus.
Rõhu langus (välismõju) toob kaasa rõhku tõstvate protsesside intensiivistumise, mis tähendab, et tasakaal nihkub suurema hulga gaasiliste osakeste (mis tekitavad rõhku) suunas, s.t. reaktiivide suunas.
Kui temperatuur tõuseb (väline mõju), kipub süsteem temperatuuri alandama, mis tähendab, et soojuse neelamise protsess intensiivistub. tasakaal nihkub endotermilise reaktsiooni suunas, st. reaktiivide suunas.
Vesiniku lisamine (väline mõju) toob kaasa vesinikku tarbivate protsesside intensiivistamise, s.t. tasakaal nihkub reaktsioonisaaduse suunas
Vastus: 4
Allikas: Yandex: Ühtse riigieksami koolitustöö keemias. Valik 1.
Tasakaal nihkub lähteainete suunas, kui
1) rõhu langus
2) küte
3) katalüsaatori sisestamine
4) vesiniku lisamine
Lahendus.
Le Chatelier’ põhimõte – kui tasakaalus olevat süsteemi mõjutatakse väljastpoolt, muutes ükskõik milliseid tasakaalutingimusi (temperatuur, rõhk, kontsentratsioon), siis tõhustatakse süsteemis protsesse, mille eesmärk on välismõju kompenseerimine.
Rõhu langus (välismõju) toob kaasa rõhku tõstvate protsesside intensiivistumise, mis tähendab, et tasakaal nihkub suurema hulga gaasiliste osakeste (mis tekitavad rõhku) suunas, s.t. reaktsiooniproduktide suunas.
Kui temperatuur tõuseb (väline mõju), kipub süsteem temperatuuri alandama, mis tähendab, et soojuse neelamise protsess intensiivistub. tasakaal nihkub endotermilise reaktsiooni suunas, st. reaktsiooniproduktide suunas.
Katalüsaator ei mõjuta tasakaalunihet
Vesiniku lisamine (väline mõju) toob kaasa vesinikku tarbivate protsesside intensiivistamise, s.t. tasakaal nihkub lähteainete suunas
Vastus: 4
Allikas: Yandex: Ühtse riigieksami koolitustöö keemias. 2. võimalus.
Dmitri Kolomiets 11.12.2016 17:35
4 ei saa olla õige, sest Vesiniku lisamisel nihkub tasakaal selle tarbimise suunas - reaktsioonisaaduste suunas
Aleksander Ivanov
Jääb üle välja selgitada, millisesse võrrandi TOOTED osasse kuulub
Süsteemis
keemilise tasakaalu nihe paremale aitab kaasa
1) temperatuuri alandamine
2) süsinikdioksiidi (II) oksiidi kontsentratsiooni tõus
3) rõhu tõus
4) kloori kontsentratsiooni vähendamine
Lahendus.
Reaktsiooni on vaja analüüsida ja välja selgitada, millised tegurid aitavad kaasa tasakaalu nihkele paremale. Reaktsioon on en-do-ter-mi-che-skaya, toimub gaasiliste toodete mahu suurenemisega, homogeenne, kulgeb gaasifaasis. Le Chatelier’ põhimõtte kohaselt avaldab süsteem reaktsiooni välisele tegevusele. Seetõttu saate temperatuuri tõstmisel, rõhu vähendamisel, lähteainete kontsentratsiooni suurendamisel või toodete reaktsioonide arvu vähendamisel tasakaalu nihutada paremale. Võrreldes neid parameetreid ve-tov-i valikutega, valime vastuse nr 4.
Vastus: 4
Keemilise tasakaalu nihkumine reaktsioonis vasakule
aitab kaasa
1) kloori kontsentratsiooni vähendamine
2) vesinikkloriidi kontsentratsiooni vähendamine
3) rõhu tõus
4) temperatuuri langus
Lahendus.
Mõjuga tasakaalus olevale süsteemile kaasneb selle vastupanu. Lähteainete kontsentratsiooni vähenemisel nihkub tasakaal nende ainete tekke suunas, s.t. vasakule.
