Przemieszczenie reakcji ze spadkiem ciśnienia. Równowaga chemiczna i tworzenie warunków do jej przesunięcia

Stan równowagi chemicznej zależy od wielu czynników: temperatury, ciśnienia, stężenia reagentów. Rozważmy bardziej szczegółowo wpływ tych czynników.

Zmiana stężenia składników układu równowagi w stałej temperaturze przesuwa równowagę, jednak wartość stałej równowagi nie zmienia się. Jeśli stężenie substancji A (lub B) zostanie zwiększone dla reakcji, to szybkość reakcji do przodu wzrośnie, a szybkość reakcji odwrotnej w początkowej chwili czasu nie ulegnie zmianie. Równowaga zostanie złamana. Następnie stężenie substancji wyjściowych zacznie spadać, a stężenie produktów reakcji wzrośnie i będzie to trwało do ustalenia nowej równowagi. W takich przypadkach mówimy, że równowaga jest przesunięta w kierunku powstawania produktów reakcji lub przesunięta w prawo.

Argumentując w ten sam sposób, ustalcie sami, gdzie przesunie się równowaga, jeśli stężenie substancji C zostanie zwiększone; zmniejszyć stężenie substancji D.

Zmieniając stężenia składników, można przesunąć równowagę w pożądanym kierunku, zwiększając lub zmniejszając wydajność produktów reakcji; dążenie do pełniejszego wykorzystania materiałów wyjściowych lub odwrotnie,

Aby wykonać drugie zadanie, pamiętajmy, że reakcja bezpośrednia będzie przebiegać do momentu zakończenia jednego ze składników A lub B. Z równania reakcji wynika, że ​​reagenty reagują w ilościach równomolowych *, ponadto ich stężenia są równe zgodnie z stan problemu. Dlatego substancje A i B, reagując, zakończą się w tym samym czasie. Z równania reakcji można również wywnioskować, że przy konwersji jednego mola substancji A powstają dwa mole substancji C i jeden mol substancji D. W związku z tym do ilości substancji C i D zostanie dodanych ich trochę więcej już w systemie. Po prostym obliczeniu otrzymujemy pożądany wynik:

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

Przeprowadź analogiczne rozumowanie dla zadania trzeciego, pamiętając, że substancje C i D reagują w stosunku 2:1, a obliczenie należy wykonać według ilości substancji, której brakuje (określ tę substancję). Wykonaj obliczenia i uzyskaj wynik:

[A] \u003d [B] \u003d 1 + 2/2 \u003d 2 mol / l; [C] = 0 mol/l; [D] = 2-2/2 = 1 mol/l.

Stała równowagi reakcji A + B C + D jest równa jeden. Stężenie początkowe [A]o = 0,02 mol/l. Ile procent substancji A ulegnie przemianie, jeśli początkowe stężenia [B]o są równe 0,02; 0,1; 0,2?

Oznaczmy przez x równowagowe stężenie substancji A i zapiszmy wyrażenie na stałą równowagi. Równowagowe stężenie substancji B będzie również równe x. Stężenia produktów reakcji (C i D) będą sobie równe i równe 0,02x. (Pokaż to za pomocą równania reakcji).

Napiszmy wyrażenie na stałą równowagi.

Krawn. \u003d (0,02 - x) (0,02 - x) / x2 \u003d 1

Po rozwiązaniu równania dla x otrzymujemy wynik: x \u003d 0,01. W rezultacie w pierwszym przypadku przemianie uległa połowa substancji A (czyli 50%).

W drugim przypadku stała równowagi będzie równa

Krawn. \u003d (0,02 - x) (0,02 - x) / (0,1 - (0,02 - x)) \u003d 1

Zdobądź to wyrażenie samodzielnie i po rozwiązaniu równania sprawdź wynik (x = 0,003). W związku z tym do reakcji weszło (0,02 - 0,003) mola substancji A, co stanowi 83,5%.

Rozwiąż sam problem dla trzeciego przypadku, a także rozwiąż ten sam problem, oznaczając ilość substancji, która przereagowała jako x.

Z uzyskanych wyników można wyciągnąć ważny wniosek. Aby zwiększyć udział substancji reagującej ze stałą stałą równowagi, konieczne jest zwiększenie ilości drugiego odczynnika w układzie. Podobny problem pojawia się na przykład podczas recyklingu odpadów środkami chemicznymi.

Wraz ze wzrostem temperatury szybkość zarówno reakcji postępującej, jak i odwrotnej będzie rosła, ale jeśli reakcja postępowa jest endotermiczna (?Н > 0), wówczas szybkość reakcji bezpośredniej wzrośnie bardziej niż szybkość reakcji odwrotnej, a równowaga przesunie się w kierunku tworzenia produktów lub w prawo. Przy ujemnym efekcie termicznym reakcji do przodu (reakcji egzotermicznej) szybkość reakcji odwrotnej wzrośnie silniej, a równowaga przesunie się w lewo.

Rozważ samodzielnie wszystkie możliwe przypadki przesunięcia równowagi wraz ze spadkiem temperatury.

Z rysunku 5 wynika, że ​​różnica E „a - E” a jest równa AH reakcji, co oznacza, że ​​wartość stałej równowagi zależy od wielkości efektu termicznego reakcji, tj. czy reakcja jest endo czy egzotermiczna.

Stała równowagi pewnej reakcji w temperaturze 293°K wynosi 5 · 10-3, aw temperaturze 1000°K wynosi 2 · 10-6. Jaki jest znak efektu termicznego tej reakcji?

Z warunków zadania wynika, że ​​wraz ze wzrostem temperatury stała równowagi maleje. Korzystamy z wyrażenia (22) i sprawdzamy, jaki powinien być znak DH reakcji, aby stała się zmniejszała.

Kekwiw. jest reprezentowana przez funkcję wykładniczą, której wartość maleje wraz ze spadkiem argumentu, w naszym przypadku wartości wyrażenia ДH/RT. Aby wartość argumentu spadła, wartość DH musi być ujemna. Dlatego rozważana reakcja jest egzotermiczna.

Zmiana ciśnienia zauważalnie wpływa na stan układów zawierających składniki gazowe. W tym przypadku, zgodnie z prawami gazowymi, zmienia się objętość układu, a to prowadzi do zmiany stężenia substancji gazowych (lub ich ciśnień cząstkowych). Tak więc wraz ze wzrostem ciśnienia objętość będzie się zmniejszać, a stężenie substancji gazowych wzrośnie. Wzrost stężenia prowadzi, jak już wiemy, do przesunięcia równowagi w kierunku zużycia odczynnika, który zwiększył swoje stężenie. W tym przypadku można to sformułować nieco inaczej. ?Gdy ciśnienie wzrasta, równowaga przesuwa się w kierunku mniejszej ilości substancji gazowych lub, prościej, w kierunku zmniejszenia liczby cząsteczek substancji gazowych. Stężenie ciał stałych i cieczy nie zmienia się pod wpływem ciśnienia.

Rozważ klasyczny przykład syntezy amoniaku z azotu i wodoru

3H2 + N2 - 2NH3, (DN< 0).

Ponieważ układ składa się tylko z substancji gazowych, a gdy powstaje amoniak, liczba cząsteczek maleje, to wraz ze wzrostem ciśnienia równowaga przesunie się w prawo, w kierunku większej produkcji amoniaku. Dlatego przemysłowa synteza amoniaku odbywa się pod podwyższonym ciśnieniem.

Zaproponuj sobie warunki temperaturowe syntezy amoniaku, znając efekt termiczny reakcji i podając maksymalną wydajność produktu. Jak te warunki korelują z czynnikami kinetycznymi procesu?

Jak wzrost ciśnienia wpłynie na równowagę następujących reakcji?

inhibitor katalizatora kinetyki chemicznej

CaCO3 (c.) - CaO (c.) + CO2 (g.);

4Fe(c.) + 3O2(g.) - 2Fe2O3(c.).

W pierwszej reakcji tylko dwutlenek węgla CO2 jest gazowy, dlatego wraz ze wzrostem ciśnienia równowaga przesunie się w lewo, w kierunku zmniejszenia ilości substancji gazowej.

Rozważ sam drugi przypadek.

Jak należy zmieniać ciśnienie w tych reakcjach, aby uzyskać wyższą wydajność produktów?

Wszystkie przypadki zmiany stanu układu równowagi pod wpływem czynników zewnętrznych można uogólnić formułując zasadę Le Chateliera:

Jeżeli wpływ zewnętrzny wywierany jest na układ znajdujący się w stanie równowagi, wówczas równowaga przesuwa się w kierunku, który osłabia efekt wpływu zewnętrznego.

Sprawdź, czy zasada Le Chateliera jest spełniona we wszystkich rozważanych przypadkach.

Podaj własne przykłady przesunięć równowagi, gdy zmieniają się warunki zewnętrzne i wyjaśnij je w oparciu o zasadę Le Chateliera.

Rozważaliśmy więc główne zagadnienia związane z prawami przebiegu reakcji chemicznych. Znajomość tych wzorców pozwoli znacząco wpływać na warunki prowadzenia określonych procesów w celu uzyskania optymalnego wyniku.

Pytania do samokontroli

• 1. Jakie reakcje nazywamy odwracalnymi?
• 2. Jak i dlaczego tempo reakcji w przód iw tył zmienia się w czasie?
• 3. Co nazywa się równowagą chemiczną?
• 4. Jaka wartość ilościowo charakteryzuje równowagę chemiczną?
• 5. Od czego zależy wartość stałej równowagi: stężenie substancji reagujących; charakter reagentów; całkowite ciśnienie; temperatura; obecność katalizatora?
• 6. Jakie są cechy prawdziwej równowagi chemicznej?
• 7. Jaka jest różnica między fałszywą równowagą chemiczną a prawdziwą równowagą?
• 8. Podaj sformułowanie zasady Le Chateliera.
• 9. Sformułuj konsekwencje zasady Le Chateliera.

Zadanie 1 z 15

1 .

Wraz ze spadkiem ciśnienia całkowitego równowaga przesunie się w kierunku produktów reakcji

Prawidłowy


mi

Zło


Zgodnie z zasadą Le Chateliera - spadek ciśnienia doprowadzi do nasilenia procesów zwiększających ciśnienie, co oznacza, że ​​równowaga przesunie się w kierunku większej liczby cząstek gazowych (które wytwarzają ciśnienie). Tylko w drugim przypadku w produktach (po prawej stronie równania) jest więcej substancji gazowych niż w reagentach (po lewej stronie równania).

1. Zadanie 2 z 15

   2 .

   Równowaga chemiczna w układzie

   С 4 H 10 (g) ⇄ С 4 H 6 (g) + 2H 2 (g) - Q

   przesunie się w kierunku materiałów wyjściowych o godz

   Prawidłowy
   

   Zgodnie z zasadą Le Chateliera -

   Zło
   

   Zgodnie z zasadą Le Chateliera - Jeżeli na układ równowagi oddziałuje się z zewnątrz poprzez zmianę któregokolwiek z czynników określających położenie równowagi, to kierunek procesu osłabiający ten wpływ będzie w układzie wzrastał.

   Wraz ze spadkiem temperatury (działanie zewnętrzne – chłodzenie układu) układ będzie dążył do wzrostu temperatury, co oznacza, że ​​proces egzotermiczny (reakcja odwrotna) nasili się, równowaga przesunie się w lewo, w kierunku reagentów.

2. Zadanie 3 z 15

   3 .

   Równowaga w reakcji

   CaCO 3 (tv) \u003d CaO (tv) + CO 2 (g) - Q

   przesunięcie w stronę produktów

   Prawidłowy
   

   Zgodnie z zasadą Le Chateliera - mi Jeżeli na układ równowagi oddziałuje się z zewnątrz, zmieniając którykolwiek z czynników determinujących położenie równowagi, to kierunek procesu osłabiający ten wpływ będzie w układzie wzrastał -

   Zło
   

   Zgodnie z zasadą Le Chateliera - mi Jeżeli na układ równowagi oddziałuje się z zewnątrz, zmieniając którykolwiek z czynników determinujących położenie równowagi, to kierunek procesu osłabiający ten wpływ będzie w układzie wzrastał - wraz ze wzrostem temperatury (ogrzewaniem) układ będzie dążył do obniżenia temperatury, co oznacza, że ​​proces pobierania ciepła nasili się, równowaga przesunie się w kierunku reakcji endotermicznej, tj. wobec produktów.

3. Zadanie 4 z 15

   4 .

   Równowaga w reakcji

   C 2 H 4 (g) + H 2 O (g) \u003d C 2 H 5 OH (g) + Q

   kieruj się w stronę produktu

   Prawidłowy
   

   Zgodnie z zasadą Le Chateliera - mi

   Zło
   

   Zgodnie z zasadą Le Chateliera - mi Jeżeli na układ równowagi oddziałuje się z zewnątrz, zmieniając którykolwiek z czynników determinujących położenie równowagi, to kierunek procesu osłabiający ten wpływ będzie w układzie wzrastał - wraz ze wzrostem ciśnienia całkowitego układ będzie dążył do jego obniżenia, równowaga przesunie się w kierunku mniejszej ilości substancji gazowych, czyli w kierunku produktów.

4. Zadanie 5 z 15

   5 .

   O 2 (g) + 2CO (g) ⇄ 2CO 2 (g) + Q

   A. Wraz ze spadkiem temperatury równowaga chemiczna w danym układzie przesunie się w kierunku produktów reakcji.

   B. Wraz ze spadkiem stężenia tlenku węgla równowaga układu przesunie się w kierunku produktów reakcji.

   Prawidłowy
   

   Zło
   

   Tylko A jest prawdziwe, zgodnie z zasadą Le Chateliera, wraz ze spadkiem temperatury równowaga chemiczna przesuwa się w kierunku reakcji egzotermicznej, czyli produktów reakcji. Stwierdzenie B jest błędne, ponieważ wraz ze spadkiem stężenia tlenku węgla układ będzie miał tendencję do jego zwiększania, tj. zwiększy się kierunek jego powstawania, równowaga układu przesunie się w lewo, w stronę odczynników.

5. Zadanie 6 z 15

   6 .

   Zwiększenie ciśnienia zwiększa wydajność produktu (produktów) w reakcji odwracalnej

   Prawidłowy
   

   Zło
   

   Zgodnie z zasadą Le Chateliera - mi Jeżeli na układ równowagi oddziałuje się z zewnątrz, zmieniając którykolwiek z czynników determinujących położenie równowagi, to kierunek procesu osłabiający ten wpływ będzie w układzie wzrastał - wraz ze wzrostem ciśnienia układ będzie dążył do jego obniżenia, równowaga przesunie się w kierunku mniejszej ilości substancji gazowych. Oznacza to, że w reakcjach, w których ilość substancji gazowych po prawej stronie równania (w produktach) jest mniejsza niż po lewej stronie (w reagentach), wzrost ciśnienia doprowadzi do wzrostu wydajności produktu (s), innymi słowy, równowaga przesunie się w kierunku produktów. Warunek ten jest spełniony dopiero w drugiej wersji – po lewej stronie – 2 mole gazu, po prawej – 1 mol gazu.

   W tym przypadku substancje stałe i płynne nie przyczyniają się do przesunięcia równowagi. Jeśli ilości substancji gazowych są równe w prawej i lewej części równania, zmiana ciśnienia nie doprowadzi do przesunięcia równowagi.

6. Zadanie 7 z 15

   7 .

   Aby przesunąć równowagę chemiczną w systemie

   H 2 (g) + Br 2 (g) ⇄ 2HBr (g) + Q

   w stosunku do produktu jest konieczne

   Prawidłowy
   

   Zło
   

   Zgodnie z zasadą Le Chateliera system przeciwdziała wpływom zewnętrznym. Dlatego równowaga może zostać przesunięta w prawo, w kierunku produktu, jeśli temperatura zostanie obniżona, stężenie substancji wyjściowych zostanie zwiększone lub zmniejszy się ilość produktów reakcji. Ponieważ ilości substancji gazowych po prawej i lewej stronie równania są równe, zmiana ciśnienia nie doprowadzi do przesunięcia równowagi. Dodatek bromu doprowadzi do nasilenia procesów, które go zużywają, tj. równowaga przesunie się w stronę produktów.

7. Zadanie 8 z 15

   8 .

   w systemie
   2SO 2 (g) + O 2 (g) ⇄ 2SO 3 (g) + Q

   przesunięcie równowagi chemicznej w prawo nastąpi, gdy

   Prawidłowy
   

   Zło
   

   Obniż temperaturę (tzn. reakcja bezpośrednia jest egzotermiczna), zwiększ stężenie substratów lub zmniejsz ilość produktów reakcji lub zwiększ ciśnienie (ponieważ reakcja bezpośrednia przebiega ze spadkiem całkowitej objętości substancji gazowych).

8. Zadanie 9 z 15

   9 .

   Czy poniższe sądy dotyczące przesunięcia równowagi chemicznej w układzie są prawidłowe?

   CO (g) + Cl2 (g) ⇄ COCl2 (g) + Q

   A. Wraz ze wzrostem ciśnienia równowaga chemiczna przesuwa się w kierunku produktu reakcji.

   B. Kiedy temperatura spada, równowaga chemiczna w tym układzie przesunie się w kierunku produktu reakcji.

   Prawidłowy
   

   Zgodnie z zasadą Le Chateliera system przeciwdziała wpływom zewnętrznym. Dlatego, aby przesunąć równowagę w prawo, w kierunku produktu, możesz obniżyć temperaturę podnieść ciśnienie

   Zło
   

   Zgodnie z zasadą Le Chateliera system przeciwdziała wpływom zewnętrznym. Dlatego, aby przesunąć równowagę w prawo, w kierunku produktu, możesz obniżyć temperaturę(tj. bezpośrednia reakcja jest egzotermiczna), zwiększyć stężenie substancji wyjściowych lub zmniejszyć ilość produktów reakcji, lub podnieść ciśnienie(ponieważ reakcja bezpośrednia przebiega ze spadkiem całkowitej objętości substancji gazowych). Zatem oba stwierdzenia są poprawne.

9. Zadanie 10 z 15

   10 .

   w systemie

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

   przyczynia się do przesunięcia równowagi chemicznej w prawo

   Prawidłowy
   

   Zło
   

10. Zadanie 11 z 15

    11 .

    W jakim układzie wzrost stężenia wodoru przesuwa równowagę chemiczną w lewo?

    Prawidłowy
    

    Zło
    

    Zgodnie z zasadą Le Chateliera, wraz ze wzrostem stężenia dowolnego składnika, system będzie dążył do obniżenia jego stężenia, czyli do jego zużycia. W reakcji, w której produktem jest wodór, wzrost jego stężenia przesuwa równowagę chemiczną w lewo, w kierunku jego zużycia.

11. Zadanie 12 z 15

    12 .

    Wraz ze wzrostem ciśnienia całkowitego równowaga przesunie się w kierunku produktów reakcji

    Prawidłowy
    

    Zgodnie z zasadą Le Chateliera - mi Jeżeli na układ równowagi oddziałuje się z zewnątrz, zmieniając którykolwiek z czynników determinujących położenie równowagi, to kierunek procesu osłabiający ten wpływ będzie w układzie wzrastał -

    Zło
    

    Zgodnie z zasadą Le Chateliera - mi Jeżeli na układ równowagi oddziałuje się z zewnątrz, zmieniając którykolwiek z czynników determinujących położenie równowagi, to kierunek procesu osłabiający ten wpływ będzie w układzie wzrastał - wraz ze wzrostem ciśnienia całkowitego układ będzie dążył do jego obniżenia, równowaga przesunie się w kierunku mniejszej ilości substancji gazowych. Dopiero w czwartym wariancie produkty zawierają mniej substancji gazowych, tj. reakcja bezpośrednia przebiega ze spadkiem objętości, więc wzrost ciśnienia całkowitego przesunie równowagę w kierunku produktów tej reakcji.

Zadanie

Określ, w jaki sposób wpłynie to na:

a) wzrost ciśnienia;

b) wzrost temperatury;

c) wzrost stężenia tlenu w celu zrównoważenia ustroju:

2CO(G) + O 2 (G) ↔ 2CO 2 (G) + P

Rozwiązanie:

a) Zmiana ciśnienia przesuwa równowagę reakcji z udziałem substancji gazowych (d). Określmy objętości substancji gazowych przed i po reakcji za pomocą współczynników stechiometrycznych:

Zgodnie z zasadą Le Chateliera, wraz ze wzrostem ciśnienia , równowaga się przesuwa w kierunku edukacjii substancje zajmujące mniej ok b b jeść, więc równowaga przesunie się w prawo, tj. w kierunku tworzenia CO 2, w kierunku bezpośredniej reakcji (→) .

b) Zgodnie z zasadą Le Chateliera, gdy temperatura wzrasta, równowaga się zmienia w kierunku reakcji endotermicznej (- Q ), tj. w kierunku reakcji odwrotnej - reakcji rozkładu CO 2 (←) , ponieważ prawo zachowania energii:

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

V) Wraz ze wzrostem stężenia tlenu równowaga układu się przesuwa w kierunku pozyskiwania CO 2 (→) ponieważwzrost stężenia reagentów (ciekłych lub gazowych) przesuwa się w kierunku produktów, tj. w stronę bezpośredniej reakcji.

Dodatkowo:

Przykład 1 Ile razy zmieni się szybkość reakcji w przód i w tył w układzie:

2 WIĘC 2 (d) +O 2 (d) = 2WIĘC 3 (G)

jeśli objętość mieszaniny gazów zwiększy się trzykrotnie? W jakim kierunku przesunie się równowaga układu?

Rozwiązanie. Oznaczmy stężenia reagujących substancji: [WIĘC 2 ]= A , [O 2 ] = B , [ WIĘC 3 ] = Z. Zgodnie z prawem działania mas prędkościw reakcje do przodu i do tyłu przed zmianą głośności:

w itp = Ka 2 B

w arr = DO 1 Z 2 .

Po trzykrotnym zmniejszeniu objętości układu jednorodnego stężenie każdego z reagentów wzrośnie trzykrotnie: [WIĘC 2 ] = 3 A , [O 2 ] = 3 B ; [ WIĘC 3 ] = 3 Z . Przy nowych stężeniach prędkościw ’ reakcja do przodu i do tyłu:

w ’ itp = DO (3 A ) 2 (3 B ) = 27 Ka 2 B

w ’ arr = DO 1 (3 Z ) 2 = 9 DO 1 Z 2

Stąd:

W rezultacie szybkość reakcji do przodu wzrosła 27 razy, a odwrotna - tylko dziewięć razy. Równowaga systemu przesunęła się w stronę edukacjiWIĘC 3 .

Przykład 2 Oblicz, ile razy wzrośnie szybkość reakcji przebiegającej w fazie gazowej wraz ze wzrostem temperatury od 30 do 70 O C, jeśli współczynnik temperaturowy reakcji wynosi 2.

Rozwiązanie. Zależność szybkości reakcji chemicznej od temperatury określa empiryczna reguła Van't Hoffa według wzoru:

Dlatego szybkość reakcjiν T 2 w temperaturze 70 st O Z większą szybkością reakcjiν T 1 w temperaturze 30 st O C 16 razy.

Przykład 3 Stała równowagi układu jednorodnego:

CO(g) + H 2 O(g) = CO 2 (d) + H 2 (G)

o 850 O C jest równe 1. Oblicz stężenia wszystkich substancji w równowadze, jeśli początkowe stężenia to: [CO] ref \u003d 3 mole / l, [N 2 O] ref = 2 mole/l.

Rozwiązanie. W stanie równowagi szybkości reakcji do przodu i do tyłu są równe, a stosunek stałych tych szybkości jest stały i nazywany jest stałą równowagi danego układu:

w pr = DO 1 [MARZENIE 2 O]

w arr = k 2 [WSPÓŁ 2 ][H 2 ]

W warunku problemu podane są stężenia początkowe, natomiast w wyrażeniuDO R obejmuje tylko równowagowe stężenia wszystkich substancji w układzie. Załóżmy, że do momentu równowagi koncentracji [СО 2 ] R = X mol/l. Zgodnie z równaniem układu liczba moli wodoru utworzonego w tym przypadku również będzie wynosićX mol/l. Dla tej samej liczby moli (X mol/l) CO i H 2 O wydane na edukacjęX moli CO2 2 i H 2 . Dlatego równowagowe stężenia wszystkich czterech substancji wynoszą:

[WSPÓŁ 2 ] R = [N 2 ] R = X mol/l;

[WSPÓŁ] R = (3 – X ) mol/l;

[N 2 O] R = (2 – X ) mol/l.

Znając stałą równowagi, znajdujemy wartośćX , a następnie początkowe stężenia wszystkich substancji:

Zatem pożądane stężenia równowagowe to:

[WSPÓŁ 2 ] R = 1,2 mola/l;

[N 2 ] R = 1,2 mola/l;

[WSPÓŁ] R \u003d 3 - 1,2 \u003d 1,8 mola / l;

[N 2 O] R \u003d 2 - 1,2 \u003d 0,8 mola / l.

Przykład 4 W określonej temperaturze stężenia równowagowe w układzie

2CO (g) + O 2 (g) ↔ 2CO 2 (g) wynosiły: = 0,2 mol/l, = 0,32 mol/l, = 0,16 mol/l. Wyznacz stałą równowagi w tej temperaturze oraz początkowe stężenia CO i O 2 , jeśli początkowa mieszanina nie zawierała CO 2 .

Rozwiązanie:

1). Ponieważ stężenia równowagi są podane w stanie problemu, stała równowagi wynosi 2:

2). Jeżeli początkowa mieszanina nie zawierała CO 2 , to w momencie równowagi chemicznej w układzie powstało 0,16 mola CO 2 .

Według UHR:

2CO (g) + O 2 (g) ↔ 2CO 2 (g)

Tworzenie zużytego 0,16 mola CO 2:

υ przereagował (CO) \u003d υ (CO 2) \u003d 0,16 mola

υ przereagował (O 2) \u003d 1/2υ (CO 2) \u003d 0,08 mol

Stąd,

υ początkowy = υ przereagował + υ równowaga

υ początkowy (CO) \u003d 0,16 + 0,2 \u003d 0,36 mol

υ początkowy (O 2) \u003d 0,08 + 0,32 \u003d 0,4 mol

Substancja			CO2
Inicjał C	0,36
C zareagował	0,16	0,08	0,16
równowaga C		0,32	0,16

Przykład 5Wyznacz równowagowe stężenie HI w układzie

H 2 (g) + ja 2 (g) ↔ 2HI (g),

jeśli w pewnej temperaturze stała równowagi wynosi 4, a początkowe stężenia H 2 , I 2 i HI wynoszą odpowiednio 1, 2 i 0 mol/l.

Rozwiązanie. Niech x mol/l CZEŚĆ

Substancja	H2	ja 2
od oryginału , mol/l
z proreactem. , mol/l	x/2	x/2
c równe. , mol/l	1x/2	PCl 5 (d) = RS l 3 (d) + Z l 2(G); Δ H= + 92,59 kJ. Jak zmienić: a) temperaturę; b) ciśnienie; c) stężenie w celu przesunięcia równowagi w kierunku reakcji bezpośredniej - rozkładuPCl 5 ? Rozwiązanie. Przesunięcie lub przesunięcie równowagi chemicznej to zmiana równowagowych stężeń reagentów w wyniku zmiany jednego z warunków reakcji. Kierunek przesunięcia równowagi wyznacza się zgodnie z zasadą Le Chateliera: a) od reakcji rozkładuPCl 5 endotermiczny (Δ H > 0), to aby przesunąć równowagę w kierunku reakcji bezpośredniej, konieczne jest podwyższenie temperatury; b) ponieważ w tym układzie ekspansja PCl 5 prowadzi do wzrostu objętości (z jednej cząsteczki gazu powstają dwie cząsteczki gazu), wówczas aby przesunąć równowagę w kierunku reakcji bezpośredniej, konieczne jest obniżenie ciśnienia; c) przesunięcie równowagi we wskazanym kierunku można uzyskać jako wzrost stężenia RSl 5 oraz spadek stężenia PCl 3 lub kl 2 .

Badanie parametrów układu, w tym substancji wyjściowych i produktów reakcji, pozwala dowiedzieć się, jakie czynniki przesuwają równowagę chemiczną i prowadzą do pożądanych zmian. Opierając się na wnioskach Le Chateliera, Browna i innych naukowców na temat metod przeprowadzania reakcji odwracalnych, opiera się na technologiach przemysłowych, które umożliwiają przeprowadzanie procesów, które wcześniej wydawały się niemożliwe i uzyskiwanie korzyści ekonomicznych.

Różnorodność procesów chemicznych

Zgodnie z charakterystyką efektu termicznego wiele reakcji dzieli się na egzotermiczne lub endotermiczne. Te pierwsze wiążą się z powstawaniem ciepła, na przykład utlenianiem węgla, hydratacją stężonego kwasu siarkowego. Drugi rodzaj przemian związany jest z pochłanianiem energii cieplnej. Przykłady reakcji endotermicznych: rozkład węglanu wapnia z wytworzeniem wapna gaszonego i dwutlenku węgla, powstawanie wodoru i węgla podczas termicznego rozkładu metanu. W równaniach procesów egzo- i endotermicznych konieczne jest wskazanie efektu cieplnego. Redystrybucja elektronów między atomami reagujących substancji zachodzi w reakcjach redoks. Ze względu na charakterystykę reagentów i produktów wyróżnia się cztery rodzaje procesów chemicznych:

Aby scharakteryzować procesy, ważna jest kompletność interakcji reagujących związków. Ta cecha leży u podstaw podziału reakcji na odwracalne i nieodwracalne.

Odwracalność reakcji

Procesy odwracalne stanowią większość zjawisk chemicznych. Powstawanie produktów końcowych z reagentów jest reakcją bezpośrednią. Odwrotnie, substancje wyjściowe otrzymuje się z produktów ich rozkładu lub syntezy. W reagującej mieszaninie powstaje równowaga chemiczna, w której powstaje tyle związków, ile początkowych cząsteczek ulega rozkładowi. W procesach odwracalnych zamiast znaku „=” między reagentami a produktami stosuje się symbole „↔” lub „⇌”. Strzały mogą być nierównej długości, co wiąże się z dominacją jednej z reakcji. W równaniach chemicznych można wskazać zagregowaną charakterystykę substancji (g - gazy, w - ciecze, m - ciała stałe). Udowodnione naukowo metody oddziaływania na procesy odwracalne mają ogromne znaczenie praktyczne. Tym samym produkcja amoniaku stała się opłacalna po stworzeniu warunków przesuwających równowagę w kierunku powstania docelowego produktu: 3H 2 (g) + N 2 (g) ⇌ 2NH 3 (g). Zjawiska nieodwracalne prowadzą do pojawienia się nierozpuszczalnego lub słabo rozpuszczalnego związku, powstania gazu opuszczającego sferę reakcyjną. Procesy te obejmują wymianę jonową, rozkład substancji.

Równowaga chemiczna i warunki jej przesunięcia

Kilka czynników wpływa na charakterystykę procesów do przodu i do tyłu. Jednym z nich jest czas. Stężenie substancji pobieranej do reakcji stopniowo maleje, a związek końcowy wzrasta. Reakcja kierunku do przodu jest coraz wolniejsza, proces odwrotny nabiera tempa. W pewnym przedziale dwa przeciwstawne procesy przebiegają synchronicznie. Zachodzi interakcja między substancjami, ale stężenia się nie zmieniają. Powodem jest ustalona w układzie dynamiczna równowaga chemiczna. Jej zachowanie lub modyfikacja zależy od:

• warunki temperaturowe;
• stężenia związków;
• ciśnienie (dla gazów).

Zmiana równowagi chemicznej

W 1884 r. wybitny naukowiec z Francji A. L. Le Chatelier zaproponował opis sposobów wyprowadzania układu ze stanu dynamicznej równowagi. Metoda opiera się na zasadzie wyrównywania działania czynników zewnętrznych. Le Chatelier zwrócił uwagę, że w reagującej mieszaninie zachodzą procesy kompensujące wpływ sił zewnętrznych. Zasada sformułowana przez francuskiego badacza głosi, że zmiana warunków w stanie równowagi sprzyja przebiegowi reakcji osłabiającej wpływ obcy. Przesunięcie równowagi jest zgodne z tą zasadą, obserwuje się ją, gdy zmienia się skład, warunki temperaturowe i ciśnienie. Technologie oparte na ustaleniach naukowców znajdują zastosowanie w przemyśle. Wiele procesów chemicznych, które uznano za niepraktyczne, przeprowadza się przy użyciu metod przesuwania równowagi.

Wpływ koncentracji

Przesunięcie równowagi następuje w przypadku usunięcia pewnych składników ze strefy oddziaływania lub wprowadzenia dodatkowych porcji substancji. Usunięcie produktów z mieszaniny reakcyjnej zwykle powoduje zwiększenie szybkości ich powstawania, natomiast dodanie substancji prowadzi do ich przeważającego rozkładu. W procesie estryfikacji do odwodnienia stosuje się kwas siarkowy. Po wprowadzeniu do sfery reakcyjnej wydajność octanu metylu wzrasta: CH 3 COOH + CH 3 OH ↔ CH 3 COOSH 3 + H 2 O. Jeśli dodasz tlen, który oddziałuje z dwutlenkiem siarki, wówczas równowaga chemiczna przesuwa się w kierunku bezpośrednia reakcja tworzenia trójtlenku siarki. Tlen wiąże się z cząsteczkami SO 3, jego stężenie maleje, co jest zgodne z regułą Le Chateliera dotyczącą procesów odwracalnych.

Zmiana temperatury

Procesy związane z pochłanianiem lub uwalnianiem ciepła są endo- i egzotermiczne. Do przesunięcia równowagi stosuje się ogrzewanie lub usuwanie ciepła z reagującej mieszaniny. Wzrostowi temperatury towarzyszy wzrost tempa zjawisk endotermicznych, w których pochłaniana jest dodatkowa energia. Chłodzenie prowadzi do korzyści z procesów egzotermicznych, które uwalniają ciepło. Podczas interakcji dwutlenku węgla z węglem ogrzewaniu towarzyszy wzrost stężenia tlenku, a chłodzenie prowadzi do dominującego powstawania sadzy: CO 2 (g) + C (t) ↔ 2CO (g).

Wpływ ciśnienia

Zmiana ciśnienia jest ważnym czynnikiem dla reagujących mieszanin zawierających związki gazowe. Należy również zwrócić uwagę na różnicę objętości substancji początkowej i wynikowej. Spadek ciśnienia prowadzi do dominującego występowania zjawisk, w których sumaryczna objętość wszystkich składników wzrasta. Wzrost ciśnienia kieruje proces w kierunku zmniejszenia objętości całego układu. Ten wzór obserwuje się w reakcji tworzenia amoniaku: 0,5N 2 (g) + 1,5H 2 (g) ⇌ NH 3 (g). Zmiana ciśnienia nie wpłynie na równowagę chemiczną w tych reakcjach, które zachodzą przy stałej objętości.

Optymalne warunki realizacji procesu chemicznego

Stworzenie warunków do przesunięcia równowagi w dużej mierze warunkuje rozwój nowoczesnych technologii chemicznych. Praktyczne wykorzystanie teorii naukowej przyczynia się do uzyskania optymalnych wyników produkcyjnych. Najbardziej uderzającym przykładem jest produkcja amoniaku: 0,5N 2 (g) + 1,5H 2 (g) ⇌ NH 3 (g). Wzrost zawartości cząsteczek N 2 i H 2 w układzie sprzyja syntezie substancji złożonej z prostych. Reakcji towarzyszy wydzielanie ciepła, więc spadek temperatury spowoduje wzrost stężenia NH 3. Objętość składników początkowych jest większa niż objętość produktu docelowego. Wzrost ciśnienia zapewni wzrost wydajności NH 3 .

W warunkach produkcyjnych dobierany jest optymalny stosunek wszystkich parametrów (temperatura, stężenie, ciśnienie). Ponadto duże znaczenie ma powierzchnia kontaktu między reagentami. W stałych układach heterogenicznych wzrost pola powierzchni prowadzi do wzrostu szybkości reakcji. Katalizatory zwiększają szybkość reakcji do przodu i do tyłu. Zastosowanie substancji o takich właściwościach nie prowadzi do przesunięcia równowagi chemicznej, ale przyspiesza jej początek.

Katalog zadań.
Zadania do przygotowania

Sortowanie Podstawowe Najpierw łatwe Najpierw trudne Popularność Najpierw najnowsze Najpierw najstarsze
Wykonaj test dla tych zadań
Powrót do katalogu ofert pracy
Wersja do drukowania i kopiowania w MS Word

Równowaga chemiczna w reakcji jest przesunięta w kierunku tworzenia produktu reakcji w temp

1) redukcja ciśnienia

2) wzrost temperatury

3) dodanie katalizatora

4) dodanie wodoru

Rozwiązanie.

Spadek ciśnienia (oddziaływanie zewnętrzne) doprowadzi do nasilenia procesów ciśnieniowych, co oznacza, że ​​równowaga przesunie się w kierunku większej liczby cząstek gazowych (tworzących ciśnienie), tj. w kierunku odczynników.

Wraz ze wzrostem temperatury (wpływem zewnętrznym) układ będzie miał tendencję do obniżania temperatury, co oznacza intensyfikację procesu pochłaniania ciepła. równowaga przesunie się w kierunku reakcji endotermicznej, tj. w kierunku odczynników.

Dodatek wodoru (wpływ zewnętrzny) doprowadzi do nasilenia procesów zużywających wodór, tj. równowaga przesunie się w kierunku produktu reakcji

Odpowiedź: 4

Źródło: Yandex: praca szkoleniowa USE z chemii. Opcja 1.

Równowaga przesuwa się w kierunku materiałów wyjściowych, gdy

1) redukcja ciśnienia

2) ogrzewanie

3) wprowadzenie katalizatora

4) dodanie wodoru

Rozwiązanie.

Zasada Le Chateliera - jeśli na układ będący w równowadze oddziałuje się z zewnątrz, zmieniając którykolwiek z warunków równowagi (temperatura, ciśnienie, stężenie), to w układzie intensyfikują się procesy mające na celu kompensację wpływów zewnętrznych.

Spadek ciśnienia (oddziaływanie zewnętrzne) doprowadzi do nasilenia procesów ciśnieniowych, co oznacza, że ​​równowaga przesunie się w kierunku większej liczby cząstek gazowych (tworzących ciśnienie), tj. w kierunku produktów reakcji.

Wraz ze wzrostem temperatury (wpływem zewnętrznym) układ będzie miał tendencję do obniżania temperatury, co oznacza intensyfikację procesu pochłaniania ciepła. równowaga przesunie się w kierunku reakcji endotermicznej, tj. w kierunku produktów reakcji.

Katalizator nie wpływa na przesunięcie równowagi

Dodatek wodoru (wpływ zewnętrzny) doprowadzi do nasilenia procesów zużywających wodór, tj. równowaga przesunie się w kierunku substancji pierwotnych

Odpowiedź: 4

Źródło: Yandex: praca szkoleniowa USE z chemii. Opcja 2.

Dmitrij Kołomiec 11.12.2016 17:35

4 nie może być poprawne. Po dodaniu wodoru równowaga przesunie się w kierunku jego zużycia - w kierunku produktów reakcji

Aleksander Iwanow

Pozostaje dowiedzieć się, która część równania PRODUKTY

w systemie

przesunięcie równowagi chemicznej w prawo przyczyni się do

1) spadek temp-pe-ra-tu-ry

2) wzrost stężenia tlenku węgla-le-ro-da (II)

3) wzrost ciśnienia

4) spadek stężenia chloru

Rozwiązanie.

Należy przeanalizować reakcję i dowiedzieć się, jakie czynniki przyczynią się do przesunięcia równowagi w prawo. Reakcja jest en-do-ter-mi-che-sky, idzie ze wzrostem objętości produktów gazowych, jednorodnych, występujących w fazie gazowej. Zgodnie z zasadą Le Chateliera dotyczącą działań zewnętrznych, system zamienia pro-ti-w-działanie. Dlatego możliwe jest przesunięcie wagi w prawo w przypadku podwyższenia temperatury, zmniejszenia ciśnienia, zwiększenia stężenia substancji wyjściowych lub zmniejszenia liczby reakcji produktów. Porównując te parametry z opcjami from-ve-tov, wybieramy odpowiedź nr 4.

Odpowiedź: 4

Przesunięcie równowagi chemicznej w lewo w reakcji

przyczyni się

1) spadek stężenia chloru

2) spadek stężenia chlorowodoru

3) wzrost ciśnienia

4) spadek temperatury

Rozwiązanie.

Oddziaływaniu na system będący w równowadze towarzyszy sprzeciw z jego strony. Wraz ze spadkiem stężenia substancji wyjściowych równowaga przesuwa się w kierunku powstawania tych substancji, tj. w lewo.