Стан хімічної рівноваги залежить від цілого ряду факторів: температури, тиску, концентрації речовин, що реагують. Розглянемо докладніше вплив цих чинників.
Зміна концентрації компонентів рівноважної системи при постійній температурі зміщує рівновагу, однак значення константи рівноваги при цьому не змінюється. Якщо для реакції збільшити концентрацію речовини А (або В), то швидкість прямої реакції збільшиться, а швидкість зворотної реакції в початковий момент часу не зміниться. Рівновага порушиться. Потім концентрація вихідних речовин почне зменшуватися, а концентрація продуктів реакції - збільшуватися, і це відбуватиметься доти, доки не встановиться нова рівновага. У разі говорять, що рівновагу зміщується у бік утворення продуктів реакції чи зміщується вправо.
Розмірковуючи таким же чином, визначте самостійно, куди зміститься рівновага, якщо збільшити концентрацію речовини; зменшити концентрацію речовини D.
Змінюючи концентрації компонентів, можна зміщувати рівновагу у потрібний бік, збільшуючи або зменшуючи вихід продуктів реакції; домагаючись більш повного використання вихідних речовин або навпаки
Для виконання другого завдання пригадаємо, що пряма реакція буде протікати до тих пір, поки не закінчиться один із компонентів А плі В. З рівняння реакції видно, що реагенти вступають у реакцію в еквімолярних кількостях, до того ж їх концентрації за умовою завдання рівні. Отже, речовини А та В, вступаючи в реакцію, закінчаться одночасно. З рівняння реакції також видно, що при перетворенні одного моля речовини A утворюються два моля речовини C і один моль речовини D. Тому, до вже наявної в системі кількості речовин С і D, додасться ще деяка їх кількість. Провівши нескладний розрахунок, отримаємо результат:
[A] = [B] = 0 моль/л; [C] = 2+2 = 4 моль/л; [D] = 2+1 = 3 моль/л.
Проведіть аналогічне міркування для третього завдання, пам'ятаючи про те, що речовини С і D вступають у реакцію у співвідношенні 2:1, і розрахунок потрібно вести за кількістю речовини, що перебуває в нестачі (визначте цю речовину). Виконайте обчислення та отримайте результат:
[А] = [В] = 1+2/2 = 2 моль/л; [С] = 0 моль/л; [D] = 2-2/2 = 1 моль/л.
Константа рівноваги реакції А+С + D дорівнює одиниці. Початкова концентрація [А]о = 0,02 моль/л. Скільки відсотків речовини А буде перетворено, якщо початкові концентрації [В]о дорівнюють 0,02; 0,1; 0,2?
Позначимо через x рівноважну концентрацію речовини А і запишемо вираз константи рівноваги. Рівноважна концентрація речовини також дорівнюватиме х. Концентрації продуктів реакції (C і D) дорівнюють між собою і дорівнюють 0,02-х. (Покажіть це, користуючись рівнянням реакції.)
Запишемо вираз для константи рівноваги.
Кравн. = (0,02 - х) (0,02 - х) / х2 = 1
Розв'язавши рівняння щодо х, отримаємо результат: х = 0,01. Отже, у першому випадку перетворенню зазнала половина речовини А (або 50%).
Для другого випадку константа рівноваги дорівнюватиме
Кравн. = (0,02 - х) (0,02 - х) / (0,1 - (0,02 - х)) = 1
Самостійно отримайте цей вираз і, розв'язавши рівняння, перевірте отриманий результат (х = 0,003). Отже, реакцію вступило (0,02 - 0,003) моль речовини А, що становить 83,5%.
Розв'яжіть задачу для третього випадку самостійно, а також розв'яжіть це завдання, позначивши за х кількість речовини, що вступила в реакцію.
З результатів можна зробити важливий висновок. Для збільшення частки речовини, що вступає в реакцію за постійної константи рівноваги, потрібно збільшити в системі кількість другого реагенту. Таке завдання постає, наприклад, при утилізації відходів хімічним шляхом.
При підвищенні температури швидкість як прямої, так і зворотної реакції зростатиме, але якщо пряма ендотермічна реакція (?Н > 0), то швидкість прямої реакції зростатиме сильніше, ніж швидкість зворотної, і рівновага зміщується в бік утворення продуктів, або вправо. При негативному тепловому ефекті прямої реакції (екзотермічна реакція), сильніше зростатиме швидкість зворотної реакції, і рівновага зміститься вліво.
Розгляньте самостійно всі можливі випадки усунення рівноваги при зменшенні температури.
На малюнку 5 видно, що різниця Е"a - Е"а дорівнює?Н реакції, отже значення константи рівноваги залежить від величини теплового ефекту реакції тобто. від того, є реакція ендо-або екзотермічної.
Константа рівноваги деякої реакції при 293°К дорівнює 5 10-3, а при 1000°К становить 2 10-6. Яким є знак теплового ефекту цієї реакції?
З умови завдання слід, що з підвищенні температури константа рівноваги зменшується. Використовуємо вираз (22) і подивимося, якою має бути знак ДH реакції, щоб константа зменшилася.
Крівн. представлена показовою функцією, значення якої зменшується зі зменшенням аргументу, у разі - значення виразу ДH/RT. Для того, щоб значення аргументу зменшувалося, потрібно, щоб величина ДH була негативною. Отже, реакція, що розглядається, є екзотермічною.
Зміна тиску помітно позначається стані систем, які включають газоподібні компоненти. У цьому випадку відповідно до газових законів відбувається зміна обсягу системи, а це веде до зміни концентрації газоподібних речовин (або їх парціальних тисків). Так, при збільшенні тиску обсяг зменшуватиметься, а концентрація газоподібних речовин – збільшуватиметься. Збільшення концентрації веде, як ми знаємо, до зміщення рівноваги у бік витрати реагенту, збільшив свою концентрацію. У разі це можна сформулювати трохи інакше. ?При збільшенні тиску рівновага зміщується у бік меншої кількості газоподібних речовин або, простіше кажучи, у бік зменшення числа молекул газоподібних речовин. Концентрація твердих та рідких речовин від тиску не змінюється.
Розглянемо класичний приклад синтезу аміаку з азоту та водню
3H2 + N2 - 2NH3 (ДH< 0).
Оскільки система складається тільки з газоподібних речовин, а при утворенні аміаку число молекул зменшується, то при збільшенні тиску рівновага зміститься вправо у бік більшого виходу аміаку. Тому промисловий синтез аміаку здійснюється при підвищеному тиску.
Запропонуйте самостійно температурні умови синтезу аміаку, знаючи тепловий ефект реакції та за умови максимального виходу продукту. Як ці умови співвідносяться з кінетичними факторами перебігу процесу?
Як вплине на рівновагу наступних реакцій збільшення тиску?
хімічний кінетика каталізатор інгібітор
CaCO3(к.) - CaO(к.) + CO2(р.);
4Fe(к.) + 3O2(г.) - 2Fe2O3(к.).
У першій реакції газоподібним є лише вуглекислий газ CO2, тому зі збільшенням тиску рівновага зміститься вліво, у бік зменшення кількості газоподібної речовини.
Другий випадок розгляньте самостійно.
Як потрібно змінити тиск у цих реакціях, щоб досягти більшого виходу продуктів?
Усі випадки зміни стану рівноважної системи при зовнішніх впливах можна узагальнити, сформулювавши принцип Ле Шательє:
Якщо систему, що у стані рівноваги, надати зовнішнє вплив, то рівновагу зміщується у тому напрямі, яке послаблює ефект зовнішнього впливу.
Перевірте, чи виконується принцип Ле Шательє у всіх розглянутих випадках.
Наведіть самостійно приклади усунення рівноваг при зміні зовнішніх умов і поясніть їх на основі принципу Ле-Шательє.
Отже, нами розглянуто основні питання, пов'язані із закономірностями протікання хімічних реакцій. Знання цих закономірностей дозволить осмислено проводити умови проведення тих чи інших процесів із єдиною метою отримання оптимального результату.
Запитання для самоконтролю
- 1. Які реакції називаються оборотними?
- 2. Як і чому змінюються швидкості прямої та зворотної реакцій з часом?
- 3. Що називається хімічною рівновагою?
- 4. Яка величина кількісно характеризує хімічну рівновагу?
- 5. Від чого залежить величина константи рівноваги: концентрація речовин, що реагують; природа реагуючих речовин; загальний тиск; температура; наявність каталізатора?
- 6. Які ознаки притаманні справжньої хімічної рівноваги?
- 7. У чому відмінність хибної хімічної рівноваги від істинної рівноваги?
- 8. Дайте формулювання принципу Ле Шательє.
- 9. Сформулюйте наслідки із принципу Ле Шательє.
Завдання 2 з 15
2 .
Хімічне рівновагу у системі
4 H 10(г) ⇄ С 4 H 6(г) + 2H 2(г) − Q
зміститься у бік вихідних речовин при
Правильно
Відповідно до принципу Ле Шательє
Неправильно
Відповідно до принципу Ле Шательє Якщо на рівноважну систему впливати ззовні, змінюючи якийсь із факторів, що визначають положення рівноваги, то в системі посилиться той напрямок процесу, який послаблює цей вплив.
При зниженні температури (зовнішнє вплив-охолодженні системи) система прагнутиме підвищити температуру, отже посилюється екзотермічний процес (зворотна реакція), рівновага зміститься вліво, убік реагентів.
Завдання 3 з 15
3 .
Рівновага в реакції
СаСО 3(тв) = СаО (тв) + СО2(г) - Q
зміститься у бік продуктів при
Правильно
Відповідно до принципу Ле Шательє е якщо на рівноважну систему впливати ззовні, змінюючи якийсь із факторів, що визначають положення рівноваги, то в системі посилиться той напрямок процесу, який послаблює цей вплив.
Неправильно
Відповідно до принципу Ле Шательє е якщо на рівноважну систему впливати ззовні, змінюючи якийсь із факторів, що визначають положення рівноваги, то в системі посилиться той напрямок процесу, який послаблює цей вплив. у разі підвищення температури (нагріванні) система прагнутиме знизити температуру, отже посилюється процес поглинає тепло, рівновага зміститься убік эндотермической реакції, тобто. у бік продуктів.
Завдання 4 з 15
4 .
Рівновага в реакції
З 2 Н 4 (г) + Н 2 O(г) = З 2 Н 5 ОН(г) + Q
зміститься у бік продукту при
Правильно
Відповідно до принципу Ле Шательє е
Неправильно
Відповідно до принципу Ле Шательє е якщо на рівноважну систему впливати ззовні, змінюючи якийсь із факторів, що визначають положення рівноваги, то в системі посилиться той напрямок процесу, який послаблює цей вплив. зі збільшенням загального тиску система прагнутиме його знизити, рівновага зміститься у бік меншої кількості газоподібних речовин, тобто у бік продуктів.
Завдання 5 із 15
5 .
O 2 (г) + 2CO (г) ⇄ 2CO 2 (г) + Q
А. При зменшенні температури хімічна рівновага у цій системі зміститься у бік продуктів реакції.
Б. При зменшенні концентрації чадного газу рівновага системи зміститься у бік продуктів реакції.
Правильно
Неправильно
Правильно лише А, згідно з принципом Ле-Шательє при зменшенні температури хімічна рівновага зміщується у бік екзотермічної реакції, тобто продуктів реакції. Твердження Б – невірно, т.к при зменшенні концентрації чадного газу, система прагнутиме його збільшити, тобто посилюватиметься напрям, у якому він утворюється, рівновага системи зміщується вліво, убік реагентів.
Завдання 6 з 15
6 .
При збільшенні тиску збільшується вихід продукту(ів) у оборотній реакції
Правильно
Неправильно
Відповідно до принципу Ле Шательє е якщо на рівноважну систему впливати ззовні, змінюючи якийсь із факторів, що визначають положення рівноваги, то в системі посилиться той напрямок процесу, який послаблює цей вплив. при збільшенні тиску система прагнутиме його знизити, рівновага зміститься у бік меншої кількості газоподібних речовин. Тобто в реакціях, в яких у правій частині рівняння (у продуктах) кількості газоподібних речовин менше, ніж у лівій частині (у реагентах) збільшення тиску призведе до збільшення виходу продукту(ів), іншими словами, рівновага зміститься у бік продуктів. Ця умова виконується лише у другому варіанті – у лівій частині – 2 моль газу, у правій частині – 1 моль газу.
При цьому тверді та рідкі речовини не роблять внесок у зміщення рівноваги. При рівності кількостей газоподібних речовин у правій та лівій частинах рівняння зміна тиску не призведе до усунення рівноваги.
Завдання 7 із 15
7 .
Для усунення хімічної рівноваги в системі
Н 2 (г) + Br 2 (г) ⇄ 2HBr(г) + Q
у бік продукту необхідно
Правильно
Неправильно
Відповідно до принципу Ле Шательє на зовнішній вплив система протидіє. Тому змістити рівновагу вправо, у бік продукту, можна, якщо зменшити температуру, збільшити концентрацію вихідних речовин або зменшити кількість продуктів реакції. Оскільки кількості газоподібних речовин у правій і лівій частинах рівняння рівні, зміна тиску не призведе до зміщення рівноваги. Додавання брому призведе до посилення процесів витрачають його, тобто. рівновага зміститься у бік продуктів.
Завдання 8 з 15
8 .
В системі
2SO 2 (г) + O 2(г) ⇄ 2SO 3(г) + Qусунення хімічної рівноваги вправо відбудеться при
Правильно
Неправильно
Зменшити температуру (тобто пряма екзотермічна реакція), збільшити концентрацію вихідних речовин або зменшити кількість продуктів реакції, або підвищити тиск (т.к пряма реакція йде зі зменшенням загального обсягу газоподібних речовин).
Завдання 9 з 15
9 .
Чи вірні такі міркування про усунення хімічної рівноваги в системі
CO(г) + Cl 2(г) ⇄ COCl 2(г) + Q
А. У разі підвищення тиску хімічна рівновага зміщується у бік продукту реакції.
Б. При зниженні температури хімічна рівновага у цій системі зміститься у бік продукту реакції.
Правильно
За принципом Ле Шательє на зовнішній вплив система протидіє. Тому, щоб усунути рівновагу вправо, у бік продукту, можна зменшити температуру підвищити тиск
Неправильно
За принципом Ле Шательє на зовнішній вплив система протидіє. Тому, щоб усунути рівновагу вправо, у бік продукту, можна зменшити температуру(тобто пряма екзотермічна реакція), збільшити концентрацію вихідних речовин або зменшити кількість продуктів реакції або підвищити тиск(Тоб пряма реакція йде зі зменшенням загального обсягу газоподібних речовин). Таким чином, вірні обидва судження.
Завдання 10 з 15
10 .
В системі
SO 2 (г) + Cl 2(г) ⇄ SO 2 Cl 2(г) + Q
зміщення хімічної рівноваги вправо сприяє
Правильно
Неправильно
Завдання 11 з 15
11 .
У якій системі збільшення концентрації водню зміщує хімічну рівновагу вліво?
Правильно
Неправильно
Відповідно до принципу Ле Шательє зі збільшенням концентрації будь-якого компонента, система прагнутиме знизити його концентрацію, тобто його витратити. У тій реакції, де водень є продуктом, збільшення його концентрації зміщує хімічну рівновагу вліво, у його витрату.
Завдання 12 з 15
12 .
При збільшенні загального тиску рівновага зміститься у бік продуктів реакції
Правильно
Відповідно до принципу Ле Шательє е якщо на рівноважну систему впливати ззовні, змінюючи якийсь із факторів, що визначають положення рівноваги, то в системі посилиться той напрямок процесу, який послаблює цей вплив.
Неправильно
Відповідно до принципу Ле Шательє е якщо на рівноважну систему впливати ззовні, змінюючи якийсь із факторів, що визначають положення рівноваги, то в системі посилиться той напрямок процесу, який послаблює цей вплив. при збільшенні загального тиску система прагнутиме його знизити, рівновага зміститься у бік меншої кількості газоподібних речовин. Тільки четвертому варіанті у продуктах міститься менше газоподібних речовин, тобто. пряма реакція протікає зі зменшенням обсягу, тому збільшення загального тиску призведе до зміщення рівноваги у бік продуктів цієї реакції.
Завдання 1 із 15
1 .
При зменшенні загального тиску рівновага зміститься у бік продуктів реакції
Правильно
е
Неправильно
Відповідно до принципу Ле Шательє Зниження тиску призведе до посилення процесів збільшують тиск, отже, рівновага зміститься у бік більшої кількості газоподібних частинок (які створюють тиск). Тільки другий випадок у продуктах (у правій частині рівняння) перебуває більше газоподібних речовин, ніж у реагентах (у лівій частині рівняння).
Завдання
Вкажіть, як вплине:
а) підвищення тиску;
б) підвищення температури;
в) збільшення концентрації кисню на рівновагу системи:
2CO (г) + O 2 (г) ↔ 2CO 2 (г) + Q
Рішення:
а) Зміна тиску зміщує рівновагу реакцій за участю газоподібних речовин (г). Визначимо обсяги газоподібних речовин до та після реакції за стехіометричними коефіцієнтами:
За принципом Ле Шательє, зі збільшенням тиску , рівновага зміщуєтьсяу бік освітия речовин, що займають меншийб ъ ем, отже рівновага зміститься праворуч, тобто. у бік утворення СО 2 у бік прямої реакції (→) .
б) За принципом Ле Шательє, при підвищенні температури, рівновага зміщуєтьсяу бік ендотермічної реакції (- Q ), тобто. у бік зворотної реакції - реакції розкладання СО 2 (←) , т.к. закону збереження енергії:
Q - 2 CO (г) + O 2 (г) ↔ 2 CO 2 (г) + Q
в) При збільшенні концентрації кисню рівновага системи зміщуєтьсяу бік отримання СО 2 (→) т.к.збільшення концентрації реагентів (рідких чи газоподібних) зміщує у бік продуктів, тобто. у бік прямої реакції.
Додатково:
приклад 1. У скільки разів зміниться швидкість прямої та зворотної реакції в системі:
2 SO 2 (г) +O 2 (г) = 2SO 3 (г)
якщо обсяг газової суміші зменшити утричі? В який бік зміститься рівновага системи?
Рішення. Позначимо концентрації реагуючих речовин: [SO 2 ]= a , [Про 2 ] = b , [ SO 3 ] = с. Відповідно до закону дії мас швидкостіv прямої та зворотної реакції до зміни обсягу:
v пр = Ка 2 b
v обр = До 1 з 2 .
Після зменшення обсягу гомогенної системи втричі концентрація кожної з реагуючих речовин збільшиться втричі: [SO 2 ] = 3 а , [Про 2 ] = 3 b ; [ SO 3 ] = 3 з . При нових концентраціях швидкостіv ’ прямої та зворотної реакції:
v ’ пр = До (3 а ) 2 (3 b ) = 27 Ка 2 b
v ’ обр = До 1 (3 з ) 2 = 9 До 1 з 2
Звідси:
Отже, швидкість прямої реакції збільшилася у 27 разів, а зворотної – лише у дев'ять разів. Рівновага системи змістилося у бік освітиSO 3 .
приклад 2. Обчисліть, у скільки разів збільшиться швидкість реакції, що протікає в газовій фазі при підвищенні температури від 30 до 70 о З, якщо температурний коефіцієнт реакції дорівнює 2.
Рішення. Залежність швидкості хімічної реакції від температури визначається емпіричним правилом Вант-Гоффа за формулою:
Отже, швидкість реакціїν Т 2 при температурі 70 о З більшою швидкістю реакціїν Т 1 при температурі 30 о З 16 разів.
приклад 3. Константа рівноваги гомогенної системи:
СО(г) + Н 2 О(г) = СО 2 (г) + Н 2 (г)
за 850 о 1. Обчисліть концентрації всіх речовин при рівновазі, якщо вихідні концентрації: [ЗІ] вих = 3 моль/л, [Н 2 О] вих = 2 моль/л.
Рішення. При рівновазі швидкості прямої та зворотної реакцій рівні, а відношення констант цих швидкостей постійно називається константою рівноваги даної системи:
v пр = До 1 [ЗІ][Н 2 О]
v обр = До 2 [ЗІ 2 ][Н 2 ]
За умови завдання дано вихідні концентрації, тоді як у виразДо р входять лише рівноважні концентрації всіх речовин системи. Припустимо, що на момент рівноваги концентрації [СО 2 ] р = х моль/л. Відповідно до рівняння системи кількість молей водню, що утворився, при цьому буде такожх моль/л. По стільки ж молей (х моль/л) СО та Н 2 Про витрачається для освіти зх молей СО 2 та Н 2 . Отже, рівноважні концентрації всіх чотирьох речовин:
[ЗІ 2
]
р = [Н 2
]
р =
х
моль/л;
[ЗІ] р = (3 – х ) моль/л;
[Н 2 О] р = (2 – х ) моль/л.
Знаючи константу рівноваги, знаходимо значеннях , а потім вихідні концентрації всіх речовин:
Таким чином, шукані рівноважні концентрації:
[ЗІ 2 ] р = 1,2 моль/л;
[Н 2 ] р = 1,2 моль/л;
[ЗІ] р = 3 - 1,2 = 1,8 моль/л;
[Н 2 О] р = 2 - 1,2 = 0,8 моль/л.
приклад 4.При певній температурі рівноважні концентрації у системі
2CO(г) + O 2 (г) ↔ 2CO 2 (г) становили: = 0,2 моль/л, = 0,32 моль/л, = 0,16 моль/л. Визначити константу рівноваги при цій температурі та вихідні концентрації CO та O 2 , якщо вихідна суміш не містила СО 2 .
Рішення:
1). Так як за умови завдання дано рівноважні концентрації, то константа рівноваги дорівнює 2:
2). Якщо вихідна суміш не містила 2 , то на момент хімічної рівноваги в системі утворилося 0,16 моль 2 .
По УХР:
2CO(г) + O 2(г) ↔ 2CO 2(г)
На освіту 0,16 моль 2 витрачено:
υ що прореагувало (СО)=υ(CO 2)=0,16 моль
υ що прореагувало (Про 2)=1/2υ(CO 2)=0,08 моль
Отже,
υ вихідне = υ що прореагувало + υ рівноважне
υ вихідне (ЗІ) = 0,16 +0,2 = 0,36 моль
υ вихідне (O 2) = 0,08 +0,32 = 0,4 моль
|
Речовина |
CO 2 |
||
|
З вихідна |
0,36 |
||
|
З прореагувала |
0,16 |
0,08 |
0,16 |
|
З рівноважна |
0,32 |
0,16 |
Приклад 5.Визначити рівноважну концентрацію HI у системі
H 2(г) + I 2(г) ↔ 2HI (г) ,
якщо за деякої температури константа рівноваги дорівнює 4, а вихідні концентрації H 2 , I 2 і HI рівні, відповідно, 1, 2 і 0 моль/л.
Рішення. Нехай до деякого моменту часу утворилося x моль/л HI
|
Речовина |
H 2 |
I 2 |
|
|
з вихідн. моль/л |
|||
|
з прореагір. моль/л |
х/2 |
х/2 |
|
|
з рівн. моль/л |
1-x/2 |
PCl 5 (г) =РС l 3 (г) +З l 2(г); Δ Н= + 92,59 кДж. Як треба змінити: а) температуру; б) тиск; в) концентрацію, щоб усунути рівновагу у бік прямої реакції – розкладанняPCl 5 ? Рішення. Усуненням або зсувом хімічної рівноваги називають зміну рівноважних концентрацій реагуючих речовин в результаті зміни однієї з умов реакції. Напрямок, у якому змістилося рівноважно, визначається за принципом Ле Шательє: а) оскільки реакція розкладанняPCl 5 ендотермічна (Δ Н > 0) для зміщення рівноваги у бік прямий реакції треба підвищити температуру; б) оскільки у цій системі розкладання РСl 5 веде до збільшення обсягу (з однієї молекули газу утворюються дві газоподібні молекули), то для усунення рівноваги у бік прямої реакції треба зменшити тиск; в) усунення рівноваги у зазначеному напрямку можна досягти як збільшенням концентрації РСl 5 , і зменшенням концентрації РСl 3 або Сl 2 . |
Вивчення параметрів системи, що включає вихідні речовини та продукти реакції, дозволяє з'ясувати, які фактори зміщують хімічну рівновагу та ведуть до бажаних змін. На висновках Ле Шательє, Брауна та інших вчених про способи проведення оборотних реакцій засновані промислові технології, що дозволяють здійснити процеси, що раніше здавалися неможливими, отримати економічну вигоду.
Різноманітність хімічних процесів
За особливостями теплового ефекту багато реакцій відносять до екзо-або ендотермічних. Перші йдуть із утворенням теплоти, наприклад, окиснення вуглецю, гідратація концентрованої сірчаної кислоти. Другий тип змін пов'язаний із поглинанням теплової енергії. Приклади ендотермічних реакцій: розпад карбонату кальцію з утворенням гашеного вапна та вуглекислого газу, утворення водню та вуглецю при термічному розкладанні метану. У рівняннях екзо- та ендотермічних процесів необхідно вказувати тепловий ефект. Перерозподіл електронів між атомами реагуючих речовин відбувається в окислювально-відновних реакціях. Чотири типи хімічних процесів виділяють за особливостями реагентів та продуктів:
Для характеристики процесів важлива повнота взаємодії реагуючих сполук. Ця ознака лежить в основі поділу реакцій на оборотні та незворотні.
Оборотність реакцій
Оборотні процеси становлять більшість серед хімічних явищ. Освіта кінцевих продуктів із реагентів є прямою реакцією. У зворотній вихідні речовини виходять з продуктів свого розкладання або синтезу. У реагує суміші виникає хімічна рівновага, при якому виходить стільки ж сполук, скільки розкладається вихідних молекул. У оборотних процесах замість знака "=" між реагентами та продуктами використовуються символи "↔" або "⇌". Стрілки можуть бути неоднаковими по довжині, що пов'язано з домінуванням однієї з реакцій. У хімічних рівняннях можна вказувати агрегатні характеристики речовин (г – гази, ж – рідини, т – тверді). Величезне практичне значення мають науково обґрунтовані прийоми впливу оборотні процеси. Так, виробництво аміаку стало рентабельним після створення умов, що зсувають рівновагу у бік утворення цільового продукту: 3Н 2(г) + N 2(г) ⇌ 2NH 3(г) . Необоротні явища призводять до появи нерозчинної або малорозчинної сполуки, утворення газу, що залишає сферу реакції. До таких процесів можна віднести іонний обмін, розпад речовин.
Хімічна рівновага та умови його зміщення
На характеристики прямого та зворотного процесів впливає кілька факторів. Один із них — час. Концентрація взятої реакції речовини поступово знижується, а кінцевого з'єднання — зростає. Реакція прямого напряму йде дедалі повільніше, зворотний процес набирає швидкість. У певний проміжок два протилежні процеси йдуть синхронно. Взаємодія між речовинами відбувається, але концентрації не змінюються. Причина - динамічна хімічна рівновага, яка встановилася в системі. Його збереження чи зміна залежить від:
- температурних умов;
- концентрації сполук;
- тиску (для газів).
Зміщення хімічної рівноваги
У 1884 році видатний учений із Франції А. Л. Ле Шательє запропонував опис способів виведення системи зі стану динамічної рівноваги. У основі методу лежить принцип нівелювання дії зовнішніх чинників. Ле Шательє звернув увагу, що в суміші, що реагує, виникають процеси, що компенсують вплив сторонніх сил. Сформульований французьким дослідником принцип свідчить, що зміна умов у стані рівноваги сприяє перебігу реакції, що послаблює сторонній вплив. Усунення рівноваги підпорядковується цьому правилу, воно дотримується, коли змінюється склад, температурні умови та тиск. Технології, засновані на висновках вчених, використовують у промисловості. Багато хімічних процесів, які вважалися практично неможливими, проводяться завдяки способам усунення рівноваги.
Вплив концентрації
Зсув рівноваги відбувається, якщо вилучити із зони взаємодії певні компоненти або додатково ввести порції речовини. Видалення продуктів з реакційної суміші зазвичай викликає збільшення швидкості їх утворення, додавання речовин навпаки призводить до їх переважного розпаду. У процесі етерифікації для зневоднення використовують сірчану кислоту. При введенні її у сферу реакції підвищується вихід метилацетату: СН 3 СООН + СН 3 ВІН ↔ СН 3 СООСН 3 + Н 2 О. Якщо додавати кисень, що взаємодіє з діоксидом сірки, то хімічна рівновага зміщується у бік прямої реакції утворення триоксиду сірки. Кисень зв'язується в молекули SO 3 його концентрація знижується, що узгоджується з правилом Ле Шательє для оборотних процесів.
Зміна температури
Процеси, що йдуть з поглинанням або виділенням тепла, – ендо- та екзотермічні. Для зміщення рівноваги використовується нагрівання або відведення тепла від суміші, що реагує. Зростання температури супроводжується підвищенням швидкості ендотермічних явищ, у яких додаткова енергія поглинається. Охолодження призводить до переваг екзотермічних процесів, що йдуть з виділенням тепла. При взаємодії діоксиду вуглецю з вугіллям нагрівання супроводжується збільшенням концентрації монооксиду, а охолодження веде до переважного утворення сажі: 2 (г) + З (т) ↔ 2СО (г) .
Вплив тиску
Зміна тиску - важливий фактор для реагуючих сумішей, що включають газоподібні сполуки. Також слід звернути увагу на різницю обсягів вихідних речовин, що виходять. Зниження тиску веде до переважного перебігу явищ, у яких зростає загальний обсяг всіх компонентів. Зростання тиску спрямовує процес у бік зниження обсягу всієї системи. Така закономірність дотримується реакції освіти аміаку: 0,5N 2(г) + 1,5Н 2(г) ⇌ NH 3(г) . Зміна тиску не вплине на хімічну рівновагу тих реакціях, які йдуть при незмінному обсязі.
Оптимальні умови здійснення хімічного процесу
Створення умов зміщення рівноваги багато чому визначає розвиток сучасних хімічних технологій. Практичне використання наукової теорії сприяє отриманню оптимальних результатів виробництва. Найбільш яскравий приклад - одержання аміаку: 0,5N 2(г) + 1,5Н 2(г) ⇌ NH 3(г) . Підвищення вмісту в системі молекул N 2 і Н 2 сприятливо для синтезу складної речовини із простих. Реакція супроводжується виділенням теплоти, тому зниження температури викликає збільшення концентрації NH 3 . Обсяг вихідних компонентів більший, ніж цільового продукту. Зростання тиску забезпечить підвищення виходу NH3.
У разі виробництва підбирають оптимальне співвідношення всіх параметрів (температури, концентрації, тиску). Крім того, має велике значення площа зіткнення між реагентами. У жорстких гетерогенних системах збільшення поверхні веде до зростання швидкості реакції. Каталізатори збільшують швидкість прямої та зворотної реакції. Застосування речовин з такими властивостями не призводить до усунення хімічної рівноваги, але прискорює його настання.
Каталог завдань.
Завдання для підготовки
Пройти тестування за цими завданнями
Повернутись до каталогу завдань
Версія для друку та копіювання в MS Word
Хімічне рівновагу реакції зміщується у бік утворення продукту реакції при
1) зниження тиску
2) підвищення температури
3) додавання каталізатора
4) додаванні водню
Рішення.
Зниження тиск (зовнішнє вплив) призведе до посилення процесів збільшують тиск, отже, рівновага зміститься убік більшої кількості газоподібних частинок (які створюють тиск), тобто. у бік реагентів.
При підвищенні температури (зовнішній вплив) система прагнутиме знизити температуру, отже, посилюється процес, що поглинає тепло. рівновага зміститься у бік ендотермічної реакції, тобто. у бік реагентів.
Додавання водню (зовнішнє вплив) призведе до посилення процесів витрачають водень, тобто. рівновага зміститься у бік продукту реакції
Відповідь: 4
Джерело: Яндекс: Тренувальна робота ЄДІ з хімії. Варіант 1.
Рівнавага зміщується у бік вихідних речовин при
1) зменшення тиску
2) нагрівання
3) введення каталізатора
4) додаванні водню
Рішення.
Принцип Ле Шательє - якщо систему, що у рівновазі, впливати ззовні, змінюючи якесь з умов рівноваги (температура, тиск, концентрація), то системі посилюються процеси, створені задля компенсацію зовнішнього впливу.
Зниження тиск (зовнішнє вплив) призведе до посилення процесів збільшують тиск, отже, рівновага зміститься убік більшої кількості газоподібних частинок (які створюють тиск), тобто. у бік продуктів реакції.
При підвищенні температури (зовнішній вплив) система прагнутиме знизити температуру, отже, посилюється процес, що поглинає тепло. рівновага зміститься у бік ендотермічної реакції, тобто. у бік продуктів реакції.
Каталізатор не впливає на усунення рівноваги
Додавання водню (зовнішнє вплив) призведе до посилення процесів витрачають водень, тобто. рівновага зміститься у бік вихідних речовин
Відповідь: 4
Джерело: Яндекс: Тренувальна робота ЄДІ з хімії. Варіант 2.
Dmitry Kolomiets 11.12.2016 17:35
4 може бути правильним т.к. При додаванні водню рівновага зміститься у бік його витрати - у бік продуктів реакції
Олександр Іванов
Залишилося розібратися у тому, у якій частині рівняння ПРОДУКТИ
В системі
зміщення хімічного рів-но-ве-сія вправо буде спо-соб-ство-вати
1) зменшення тем-пе-ра-ту-ри
2) збільшення концентрації оксиду уг-ле-ро (II)
3) збільшення тиску-ня
4) зменшення концентрації хлору
Рішення.
Необхідно проаналізувати реакцію і з'ясувати які фактори сприятимуть зміщенню рівноваги вправо. Реакція ен-до-тер-ми-че-ська, йде зі збільшенням об'ємів газоподібних продуктів, го-мо-ген-на, що протікає в газовій фазі. За принципом Ле Шательє на зовнішню дію система ока-зи-ва-є про-ти-во-дія. Тому змістити рівновагу вправо можна якщо збільшити температуру, зменшити тиск, збільшити концентрацію вихідних речовин або зменшити кількість продуктів. реакції. Зіставивши ці параметри з варіантами відповідей, вибираємо відповідь №4.
Відповідь: 4
Зміщення хімічної рівноваги вліво у реакції
буде сприяти
1) зменшення концентрації хлору
2) зменшення концентрації хлороводню
3) збільшення тиску
4) зменшення температури
Рішення.
Вплив на систему, що знаходиться в рівновазі, супроводжується протидією з її боку. При зменшення концентрації вихідних речовин рівновага зміщується у бік утворення цих речовин, тобто. ліворуч.
