9. Hastighed af kemisk reaktion. Kemisk ligevægt
9.2. Kemisk ligevægt og dens forskydning
De fleste kemiske reaktioner er reversible, dvs. flyder samtidigt både i retning af dannelsen af produkter og i retning af deres nedbrydning (fra venstre mod højre og fra højre til venstre).
Eksempler på reaktionsligninger for reversible processer:
N 2 + 3H 2 ⇄ t °, p, kat 2NH 3
2SO 2 + O 2 ⇄ t ° , p , kat 2SO 3
H2 + I2 ⇄ t ° 2HI
Reversible reaktioner er karakteriseret ved en særlig tilstand kaldet en tilstand af kemisk ligevægt.
Kemisk ligevægt- dette er en tilstand af systemet, hvor hastighederne for fremadrettede og omvendte reaktioner bliver ens. Når man bevæger sig mod kemisk ligevægt, falder hastigheden af den fremadrettede reaktion og koncentrationen af reaktanter, mens den omvendte reaktion og koncentrationen af produkter stiger.
I en tilstand af kemisk ligevægt dannes der lige så meget produkt pr. tidsenhed, som det nedbrydes. Som følge heraf ændres koncentrationerne af stoffer i en tilstand af kemisk ligevægt ikke over tid. Det betyder dog slet ikke, at ligevægtskoncentrationerne eller masserne (volumener) af alle stoffer nødvendigvis er ens med hinanden (se fig. 9.8 og 9.9). Kemisk ligevægt er en dynamisk (mobil) ligevægt, der kan reagere på ydre påvirkninger.
Overgangen af et ligevægtssystem fra en ligevægtstilstand til en anden kaldes en forskydning eller skift i ligevægt. I praksis taler de om et skift i ligevægt mod reaktionsprodukterne (til højre) eller mod udgangsstofferne (til venstre); en fremadrettet reaktion er en, der sker fra venstre mod højre, og en omvendt reaktion sker fra højre mod venstre. Ligevægtstilstanden er vist med to modsat rettede pile: ⇄.
Princippet om at skifte ligevægt blev formuleret af den franske videnskabsmand Le Chatelier (1884): en ydre påvirkning af et system, der er i ligevægt, fører til et skift i denne ligevægt i en retning, der svækker effekten af den ydre påvirkning
Lad os formulere de grundlæggende regler for at skifte ligevægt.
Effekt af koncentration: når koncentrationen af et stof stiger, skifter ligevægten mod dets forbrug, og når det falder, mod dets dannelse.
For eksempel med en stigning i koncentrationen af H 2 i en reversibel reaktion
H 2 (g) + I 2 (g) ⇄ 2HI (g)
hastigheden af den fremadrettede reaktion, afhængig af brintkoncentrationen, vil stige. Som et resultat vil balancen skifte til højre. Efterhånden som koncentrationen af H 2 falder, vil hastigheden af den fremadrettede reaktion falde, som følge heraf vil processens ligevægt skifte til venstre.
Effekt af temperatur: Når temperaturen stiger, skifter ligevægten mod den endoterme reaktion, og når temperaturen falder, skifter den mod den eksoterme reaktion.
Det er vigtigt at huske, at med stigende temperatur øges hastigheden af både exo- og endoterme reaktioner, men den endoterme reaktion øges flere gange, hvor E a altid er større. Når temperaturen falder, falder hastigheden af begge reaktioner, men igen et større antal gange - endotermisk. Det er praktisk at illustrere dette med et diagram, hvor hastighedsværdien er proportional med pilenes længde, og ligevægten skifter i retning af den længere pil.
Effekt af tryk: En ændring i tryk påvirker kun ligevægtstilstanden, når gasser er involveret i reaktionen, og selv når det gasformige stof kun er på den ene side af den kemiske ligning. Eksempler på reaktionsligninger:
- tryk påvirker ligevægtsskiftet:
3H2 (g) + N2 (g) ⇄ 2NH3 (g),
CaO (tv) + CO 2 (g) ⇄ CaCO 3 (tv);
- tryk påvirker ikke ligevægtsskiftet:
Cu (sv) + S (sv) = CuS (sv),
NaOH (opløsning) + HCl (opløsning) = NaCl (opløsning) + H2O (l).
Når trykket falder, skifter ligevægten mod dannelsen af en større kemisk mængde af gasformige stoffer, og når den stiger, skifter ligevægten mod dannelsen af en mindre kemisk mængde af gasformige stoffer. Hvis de kemiske mængder af gasser i begge sider af ligningen er de samme, så påvirker trykket ikke tilstanden af kemisk ligevægt:
H2 (g) + Cl2 (g) = 2 HCI (g).
Dette er let at forstå, da effekten af en trykændring svarer til effekten af en ændring i koncentrationen: når trykket stiger n gange, stiger koncentrationen af alle stoffer i ligevægt med samme mængde (og omvendt) .
Effekt af reaktionssystemets volumen: en ændring i reaktionssystemets volumen er forbundet med en ændring i tryk og påvirker kun ligevægtstilstanden af reaktioner, der involverer gasformige stoffer. Et fald i volumen betyder en stigning i trykket og forskyder ligevægten mod dannelsen af færre kemiske gasser. En stigning i systemets volumen fører til et fald i tryk og et skift i ligevægt mod dannelsen af en større kemisk mængde af gasformige stoffer.
Indføringen af en katalysator i et ligevægtssystem eller en ændring i dens natur forskyder ikke ligevægten (forøger ikke udbyttet af produktet), da katalysatoren accelererer både fremadgående og omvendte reaktioner i samme grad. Dette skyldes det faktum, at katalysatoren ligeligt reducerer aktiveringsenergien af fremadgående og tilbagegående processer. Hvorfor bruger de så en katalysator i reversible processer? Faktum er, at brugen af en katalysator i reversible processer fremmer den hurtige indtræden af ligevægt, og dette øger effektiviteten af industriel produktion.
Specifikke eksempler på indflydelsen af forskellige faktorer på ligevægtsskiftet er givet i tabel. 9.1 for ammoniaksyntesereaktionen, der opstår ved frigivelse af varme. Med andre ord er den fremadrettede reaktion eksoterm, og den omvendte reaktion er endoterm.
Tabel 9.1
Indflydelsen af forskellige faktorer på skiftet i ligevægten af ammoniaksyntesereaktionen
| Faktor der påvirker ligevægtssystemet | Retning af forskydning af ligevægtsreaktionen 3 H 2 + N 2 ⇄ t, p, cat 2 NH 3 + Q |
|---|---|
| Stigning i hydrogenkoncentration, s (H 2) | Ligevægten skifter til højre, systemet reagerer ved at mindske c (H 2) |
| Fald i ammoniakkoncentration, s (NH 3)↓ | Ligevægten skifter til højre, systemet reagerer med en stigning i c (NH 3) |
| Stigning i ammoniakkoncentration, s (NH 3) | Ligevægten skifter til venstre, systemet reagerer ved at reducere c (NH 3) |
| Fald i nitrogenkoncentration, s (N 2)↓ | Ligevægten skifter til venstre, systemet reagerer ved at øge c (N 2) |
| Kompression (fald i volumen, stigning i tryk) | Ligevægten skifter til højre mod et fald i mængden af gasser |
| Ekspansion (stigning i volumen, fald i tryk) | Ligevægten skifter til venstre mod stigende gasvolumen |
| Øget tryk | Ligevægten skifter til højre mod et mindre volumen gas |
| Nedsat tryk | Ligevægten skifter til venstre mod et større volumen af gasser |
| Temperaturstigning | Ligevægten skifter til venstre mod den endoterme reaktion |
| Temperaturfald | Ligevægten skifter til højre, mod den eksoterme reaktion |
| Tilføjelse af en katalysator | Balancen forskydes ikke |
Eksempel 9.3.
I en tilstand af procesligevægt
2SO 2 (g) + O 2 (g) ⇄ 2SO 3 (g)
koncentrationerne af stoffer (mol/dm 3) SO 2, O 2 og SO 3 er henholdsvis 0,6, 0,4 og 0,2. Find startkoncentrationerne af SO 2 og O 2 (initialkoncentrationen af SO 3 er nul).
Løsning. Under reaktionen forbruges derfor SO 2 og O 2
c ud (SO 2) = c lig (SO 2) + c ud (SO 2),
c ud (O 2) = c lig (O 2) + c ud (O 2).
Værdien af brugt c findes ved hjælp af c (SO 3):
c ud (S02) = 0,6 + 0,2 = 0,8 (mol/dm 3).
y = 0,1 mol/dm3.
c ud (O 2) = 0,4 + 0,1 = 0,5 (mol/dm 3).
Svar: 0,8 mol/dm 3 SO 2; 0,5 mol/dm 3 O 2.
Når man udfører eksamensopgaver, er indflydelsen af forskellige faktorer på den ene side på reaktionshastigheden og på den anden side på skiftet i kemisk ligevægt ofte forvirret.
For en reversibel proces
med stigende temperatur øges hastigheden af både fremadgående og omvendte reaktioner; efterhånden som temperaturen falder, falder hastigheden af både fremadgående og omvendte reaktioner;
med stigende tryk øges hastigheden af alle reaktioner, der forekommer med deltagelse af gasser, både direkte og omvendt. Når trykket falder, falder hastigheden af alle reaktioner, der forekommer med deltagelse af gasser, både direkte og omvendt;
at indføre en katalysator i systemet eller erstatte den med en anden katalysator ændrer ikke ligevægten.
Eksempel 9.4.
Der opstår en reversibel proces, beskrevet af ligningen
N 2 (g) + 3H 2 (g) ⇄ 2NH 3 (g) + Q
Overvej hvilke faktorer: 1) øger syntesehastigheden af ammoniakreaktionen; 2) skift balancen til højre:
a) fald i temperatur;
b) stigning i tryk;
c) fald i NH3-koncentration;
d) anvendelse af en katalysator;
e) stigning i N2-koncentration.
Løsning. Faktorer b), d) og e) øger reaktionshastigheden af ammoniaksyntese (såvel som stigende temperatur, stigende H2-koncentration); skift balancen til højre - a), b), c), e).
Svar: 1) b, d, d; 2) a, b, c, d.
Eksempel 9.5.
Nedenfor er energidiagrammet for en reversibel reaktion
List alle sande udsagn:
a) den omvendte reaktion forløber hurtigere end den fremadrettede reaktion;
b) med stigende temperatur stiger hastigheden af den omvendte reaktion flere gange end den direkte reaktion;
c) der sker en direkte reaktion med absorption af varme;
d) temperaturkoefficienten γ er større for den omvendte reaktion.
Løsning.
a) Udsagnet er korrekt, da E arr = 500 − 300 = 200 (kJ) er mindre end E arr = 500 − 200 = 300 (kJ).
b) Udsagnet er forkert, hastigheden af den direkte reaktion, for hvilken E a er større, stiger med et større antal gange.
c) Udsagnet er korrekt, Q pr = 200 − 300 = −100 (kJ).
d) Udsagnet er forkert, γ er større for en direkte reaktion, i hvilket tilfælde E a er større.
Svar: a), c).
dvs. hvis en bestemt reaktion A + B = C + D er reversibel, betyder det, at både reaktionen A + B → C + D (direkte) og reaktionen C + D → A + B (omvendt) sker samtidigt ).
I bund og grund, fordi Både direkte og omvendte reaktioner forekommer ved reversible reaktioner, både stofferne på venstre side af ligningen og stofferne på højre side af ligningen kan kaldes reagenser (udgangsstoffer). Det samme gælder for produkter.
For enhver reversibel reaktion er en situation mulig, når hastighederne for de fremadrettede og omvendte reaktioner er ens. Denne tilstand kaldes balancetilstand.
Ved ligevægt er koncentrationerne af både alle reaktanter og alle produkter konstante. Koncentrationerne af produkter og reaktanter ved ligevægt kaldes ligevægtskoncentrationer.
Skift i kemisk ligevægt under indflydelse af forskellige faktorer
På grund af ydre påvirkninger på systemet, såsom ændringer i temperatur, tryk eller koncentration af udgangsstoffer eller produkter, kan systemets ligevægt blive forstyrret. Efter at denne ydre påvirkning er ophørt, vil systemet dog efter nogen tid bevæge sig til en ny ligevægtstilstand. En sådan overgang af et system fra en ligevægtstilstand til en anden ligevægtstilstand kaldes forskydning (forskydning) af kemisk ligevægt .
For at kunne bestemme, hvordan den kemiske ligevægt skifter under en bestemt type påvirkning, er det praktisk at bruge Le Chateliers princip:
Hvis der udøves nogen ydre påvirkning på et system i en ligevægtstilstand, så vil retningen af skiftet i kemisk ligevægt falde sammen med retningen af reaktionen, der svækker virkningen af påvirkningen.
Temperaturens indflydelse på ligevægtstilstanden
Når temperaturen ændres, ændres ligevægten af enhver kemisk reaktion. Dette skyldes det faktum, at enhver reaktion har en termisk effekt. Desuden er de termiske virkninger af de fremadrettede og omvendte reaktioner altid direkte modsatte. Dem. hvis den fremadrettede reaktion er eksoterm og forløber med en termisk effekt lig med +Q, så er den omvendte reaktion altid endoterm og har en termisk effekt lig med –Q.
Således, i overensstemmelse med Le Chateliers princip, hvis vi øger temperaturen i et eller andet system, der er i en ligevægtstilstand, så vil ligevægten skifte mod den reaktion, hvorunder temperaturen falder, dvs. mod en endoterm reaktion. Og på samme måde, hvis vi sænker systemets temperatur i en ligevægtstilstand, vil ligevægten forskydes mod reaktionen, som følge heraf vil temperaturen stige, dvs. mod en eksoterm reaktion.
Overvej for eksempel følgende reversible reaktion og angiv, hvor dens ligevægt vil skifte, når temperaturen falder:
Som det kan ses af ligningen ovenfor, er den fremadrettede reaktion eksoterm, dvs. Som et resultat af dets forekomst frigives varme. Som følge heraf vil den omvendte reaktion være endoterm, det vil sige, at den sker med absorption af varme. I henhold til betingelsen reduceres temperaturen, derfor vil ligevægten skifte til højre, dvs. mod direkte reaktion.
Effekt af koncentration på kemisk ligevægt
En stigning i koncentrationen af reagenser i overensstemmelse med Le Chateliers princip bør føre til et skift i ligevægt i retning af reaktionen som følge af hvilken reagenserne forbruges, dvs. mod direkte reaktion.
Og omvendt, hvis koncentrationen af reaktanterne reduceres, så vil ligevægten forskydes i retning af reaktionen, som følge af hvilken reaktanterne dannes, dvs. side af den omvendte reaktion (←).
En ændring i koncentrationen af reaktionsprodukter har også en lignende effekt. Hvis koncentrationen af produkter øges, vil ligevægten forskydes i retning af reaktionen, hvorved produkterne forbruges, dvs. mod den omvendte reaktion (←). Hvis koncentrationen af produkter derimod reduceres, så vil ligevægten skifte mod den direkte reaktion (→), således at koncentrationen af produkter stiger.
Effekt af tryk på kemisk ligevægt
I modsætning til temperatur og koncentration påvirker ændringer i tryk ikke ligevægtstilstanden for hver reaktion. For at en trykændring skal føre til et skift i den kemiske ligevægt, skal summen af koefficienterne for gasformige stoffer på venstre og højre side af ligningen være forskellige.
Dem. af to reaktioner:
en trykændring kan kun påvirke ligevægtstilstanden i tilfælde af den anden reaktion. Da summen af koefficienterne foran formlerne for gasformige stoffer i tilfælde af den første ligning til venstre og højre er den samme (lig med 2), og i tilfælde af den anden ligning er den forskellig (4 på venstre og 2 til højre).
Herfra følger det især, at hvis der ikke er gasformige stoffer blandt både reaktanterne og produkterne, så vil en trykændring på ingen måde påvirke den nuværende ligevægtstilstand. For eksempel vil tryk ikke påvirke reaktionens ligevægtstilstand:
Hvis mængden af gasformige stoffer er forskellig til venstre og højre, vil en trykstigning føre til et skift i ligevægten hen imod reaktionen, hvor volumen af gasser falder, og et fald i trykket vil føre til et skift i ligevægt, som et resultat af hvilken mængden af gasser stiger.
Effekt af en katalysator på kemisk ligevægt
Da en katalysator på samme måde accelererer både fremadgående og omvendte reaktioner, vil dens tilstedeværelse eller fravær har ingen effekt til en tilstand af ligevægt.
Det eneste, en katalysator kan påvirke, er overgangshastigheden af systemet fra en ikke-ligevægtstilstand til en ligevægtstilstand.
Indvirkningen af alle ovenstående faktorer på kemisk ligevægt er opsummeret nedenfor i et snydeark, som du indledningsvis kan se på, når du udfører ligevægtsopgaver. Det vil dog ikke være muligt at bruge det til eksamen, så efter at have analyseret flere eksempler med dets hjælp, bør du lære det og øve dig i at løse ligevægtsproblemer uden at se på det:
Betegnelser: T - temperatur, s - pres, Med – koncentration, – stigning, ↓ – fald
|
T |
T - ligevægt skifter mod den endoterme reaktion |
| ↓T - ligevægt skifter mod den eksoterme reaktion | |
|
s |
s - ligevægt skifter mod reaktionen med en mindre sum af koefficienter foran gasformige stoffer |
| ↓s - ligevægt skifter mod reaktionen med en større sum af koefficienter foran gasformige stoffer | |
|
c |
c (reagens) - ligevægten skifter mod den direkte reaktion (til højre) |
| ↓c (reagens) - ligevægten skifter mod den omvendte reaktion (til venstre) | |
| c (produkt) – ligevægt skifter mod den omvendte reaktion (til venstre) | |
| ↓c (produkt) – ligevægten skifter mod den direkte reaktion (til højre) | |
| Påvirker ikke balancen!!! |
1. Blandt alle kendte reaktioner skelnes der mellem reversible og irreversible reaktioner. Når man studerede ionbytningsreaktioner, blev de betingelser, under hvilke de fortsætter til færdiggørelse, opført. ().
Der er også kendte reaktioner, som under givne forhold ikke fortsætter til afslutning. Så for eksempel, når svovldioxid opløses i vand, sker reaktionen: SO 2 + H 2 O→ H2SO3. Men det viser sig, at der kun kan dannes en vis mængde svovlsyre i en vandig opløsning. Dette forklares med, at svovlsyre er skrøbelig, og der opstår en omvendt reaktion, dvs. nedbrydning til svovloxid og vand. Følgelig afsluttes denne reaktion ikke, fordi to reaktioner forekommer samtidigt - lige(mellem svovloxid og vand) og bagside(nedbrydning af svovlsyrling). S02+H2O↔ H2SO3.
Kemiske reaktioner, der sker under givne forhold i indbyrdes modsatte retninger, kaldes reversible.
2. Da hastigheden af kemiske reaktioner afhænger af koncentrationen af reaktanterne, først hastigheden af den direkte reaktion( υ pr) skal være maksimum, og hastigheden af den omvendte reaktion ( υ arr.) er lig med nul. Koncentrationen af reaktanter falder over tid, og koncentrationen af reaktionsprodukter stiger. Derfor falder hastigheden af den fremadrettede reaktion, og hastigheden af den omvendte reaktion stiger. På et bestemt tidspunkt bliver hastighederne for fremadrettede og omvendte reaktioner ens:
I alle reversible reaktioner falder hastigheden af den fremadrettede reaktion, hastigheden af den omvendte reaktion stiger, indtil begge hastigheder bliver ens, og en ligevægtstilstand er etableret:
υ pr =υ arr.
Den tilstand af systemet, hvor hastigheden af den fremadrettede reaktion er lig med hastigheden af den omvendte reaktion, kaldes kemisk ligevægt.
I en tilstand af kemisk ligevægt forbliver det kvantitative forhold mellem reaktanterne og reaktionsprodukterne konstant: hvor mange molekyler af reaktionsproduktet dannes per tidsenhed, så mange af dem nedbrydes. Imidlertid opretholdes tilstanden af kemisk ligevægt, så længe reaktionsbetingelserne forbliver uændrede: koncentration, temperatur og tryk.
Tilstanden af kemisk ligevægt er beskrevet kvantitativt lov om masseaktion.
Ved ligevægt er forholdet mellem produktet af koncentrationer af reaktionsprodukter (i potenser af deres koefficienter) og produktet af koncentrationer af reaktanter (også i potenser af deres koefficienter) en konstant værdi, uafhængig af de indledende koncentrationer af stoffer i reaktionen blanding.
Denne konstant kaldes ligevægtskonstant - k
Så for reaktionen: N 2 (G) + 3 H 2 (G) ↔ 2 NH 3 (G) + 92,4 kJ ligevægtskonstanten udtrykkes som følger:
υ 1 =υ 2
v 1 (direkte reaktion) = k 1 [ N 2 ][ H 2 ] 3 , hvor– molære ligevægtskoncentrationer, = mol/l
υ 2 (tilbageslag) = k 2 [ N.H. 3 ] 2
k 1 [ N 2 ][ H 2 ] 3 = k 2 [ N.H. 3 ] 2
K p = k 1 / k 2 = [ N.H. 3 ] 2 / [ N 2 ][ H 2 ] 3 – ligevægtskonstant.
Kemisk ligevægt afhænger af koncentration, tryk, temperatur.
Principbestemmer retningen for ligevægtsblanding:
Hvis der udøves en ydre påvirkning på et system, der er i ligevægt, så vil ligevægten i systemet skifte i den modsatte retning af denne påvirkning.
1) Effekt af koncentration – hvis koncentrationen af udgangsstofferne øges, skifter ligevægten mod dannelse af reaktionsprodukter.
f.eks.K p = k 1 / k 2 = [ N.H. 3 ] 2 / [ N 2 ][ H 2 ] 3
Ved tilsætning til reaktionsblandingen f.eks nitrogen, dvs. koncentrationen af reagenset stiger, nævneren i udtrykket for K stiger, men da K er en konstant, så skal tælleren også stige for at opfylde denne betingelse. Mængden af reaktionsprodukt i reaktionsblandingen stiger således. I dette tilfælde taler de om et skift i kemisk ligevægt til højre mod produktet.
En stigning i koncentrationen af reaktanter (flydende eller gasformige) forskydes således mod produkterne, dvs. mod direkte reaktion. En stigning i koncentrationen af produkter (flydende eller gasformige) flytter ligevægten mod reaktanterne, dvs. mod den modsatte reaktion.
Ændring af massen af et fast stof ændrer ikke ligevægtspositionen.
2) Effekt af temperatur – en temperaturstigning flytter ligevægten mod en endoterm reaktion.
EN)N 2 (G) + 3H 2 (D) ↔ 2N.H. 3 (G) + 92,4 kJ (exotermisk - varmeafgivelse)
Efterhånden som temperaturen stiger, vil ligevægten skifte mod ammoniaknedbrydningsreaktionen (←)
b)N 2 (G)+O 2 (D) ↔ 2INGEN(G) – 180,8 kJ (endotermisk - varmeabsorption)
Når temperaturen stiger, vil ligevægten skifte mod dannelsesreaktionen INGEN (→)
3) Påvirkning af tryk (kun for gasformige stoffer) – med stigende tryk forskydes ligevægten mod formationenI stoffer, der optager mindre o jeg spiser.
N 2 (G) + 3H 2 (D) ↔ 2N.H. 3 (G)
1 V - N 2
3 V - H 2
2 V – N.H. 3
Med stigende pres ( P): før reaktion4 V gasformige stoffer → efter reaktionen2 Vgasformige stoffer, derfor skifter ligevægten til højre ( → )
Når trykket for eksempel stiger 2 gange, falder volumenet af gasser med samme mængde, og derfor vil koncentrationerne af alle gasformige stoffer stige 2 gange. K p = k 1 / k 2 = [ N.H. 3 ] 2 / [ N 2 ][ H 2 ] 3
I dette tilfælde vil tælleren for udtrykket for K stige med 4 gange, og nævneren er 16 gange, dvs. lighed vil blive krænket. For at genoprette den skal koncentrationen stige ammoniakog koncentrationerne falder nitrogenOgvandslags. Balancen vil skifte til højre.
Så når trykket stiger, skifter ligevægten mod et fald i volumen, og når trykket falder, mod en stigning i volumen.
En trykændring har stort set ingen indflydelse på volumenet af faste og flydende stoffer, dvs. ændrer ikke deres koncentration. Følgelig er ligevægten af reaktioner, hvori gasser ikke deltager, praktisk talt uafhængig af tryk.
! Forløbet af en kemisk reaktion er påvirket af stoffer - katalysatorer. Men når du bruger en katalysator, falder aktiveringsenergien af både fremadgående og omvendte reaktioner med samme mængde og derfor balancen forskydes ikke.
Løs problemer:
nr. 1. Startkoncentrationer af CO og O 2 i den reversible reaktion
2CO (g) + O 2 (g)↔ 2 CO 2 (g)
Svarende til henholdsvis 6 og 4 mol/l. Beregn ligevægtskonstanten, hvis koncentrationen af CO 2 i ligevægtsøjeblikket er 2 mol/l.
nr. 2. Reaktionen forløber ifølge ligningen
2SO 2 (g) + O 2 (g) = 2SO 3 (g) + Q
Angiv, hvor ligevægten vil skifte, hvis
a) øge trykket
b) øge temperaturen
c) øge iltkoncentrationen
d) introduktion af en katalysator?
De fleste kemiske reaktioner er reversible, det vil sige, at de forekommer samtidigt i modsatte retninger. I tilfælde, hvor de fremadrettede og omvendte reaktioner forløber med samme hastighed, opstår der kemisk ligevægt.
Når kemisk ligevægt opstår, stopper antallet af molekyler af stoffer, der udgør systemet, med at ændre sig og forbliver konstant over tid under konstante ydre forhold.
Den tilstand af systemet, hvor hastigheden af den fremadrettede reaktion er lig med hastigheden af den omvendte reaktion, kaldes kemisk ligevægt.
For eksempel opstår ligevægten af reaktionen H 2 (g) + I 2 (g) ⇆ 2HI (g), når nøjagtigt det samme antal hydrogeniodidmolekyler dannes pr. tidsenhed ved den direkte reaktion, da de nedbrydes af det omvendte reaktion til jod og brint.
En reaktions evne til at forløbe i modsatte retninger kaldes kinetisk reversibilitet.
I en reaktionsligning er reversibilitet angivet med to modsatte pile (⇆) i stedet for et lighedstegn mellem venstre og højre side af den kemiske ligning.
Kemisk ligevægt er dynamisk (mobil). Når ydre forhold ændrer sig, skifter ligevægten og vender tilbage til sin oprindelige tilstand, hvis ydre forhold får konstante værdier. Påvirkningen af eksterne faktorer på den kemiske ligevægt forårsager dens forskydning.
Den kemiske ligevægts position afhænger af følgende reaktionsparametre:
Temperaturer;
Tryk;
Koncentrationer.
Den indflydelse, som disse faktorer har på en kemisk reaktion, er underlagt et mønster, der blev udtrykt i generelle vendinger i 1884 af den franske videnskabsmand Le Chatelier (fig. 1).
Ris. 1. Henri Louis Le Chatelier
Moderne formulering af Le Chateliers princip
Hvis en ydre påvirkning udøves på et system, der er i ligevægt, så skifter ligevægten til den side, der svækker denne påvirkning.
1. Effekt af temperatur
I hver reversibel reaktion svarer en af retningerne til en eksoterm proces, og den anden til en endoterm proces.
Eksempel: industriel produktion af ammoniak. Ris. 2.
Ris. 2. Ammoniakproduktionsanlæg
Ammoniaksyntese reaktion:
N2 + 3H2 ⇆ 2NH3 + Q
Den fremadrettede reaktion er eksoterm, og den omvendte reaktion er endoterm.
Effekten af temperaturændringer på positionen af kemisk ligevægt overholder følgende regler.
Når temperaturen stiger, skifter den kemiske ligevægt i retning af den endoterme reaktion, og når temperaturen falder, i retning af den eksoterme reaktion.
For at flytte ligevægten mod produktion af ammoniak skal temperaturen sænkes.
2. Effekt af tryk
I alle reaktioner, der involverer gasformige stoffer, ledsaget af en ændring i volumen som følge af en ændring i mængden af stof under overgangen fra udgangsstoffer til produkter, påvirkes ligevægtspositionen af trykket i systemet.
Påvirkningen af tryk på ligevægtspositionen overholder følgende regler.
Med stigende tryk skifter ligevægten mod dannelse af stoffer (initial eller produkter) med et mindre volumen; efterhånden som trykket falder, skifter ligevægten mod dannelsen af stoffer med større volumen.
I reaktionen af ammoniaksyntese, med stigende tryk, skifter ligevægten mod dannelsen af ammoniak, fordi reaktionen forløber med et fald i volumen.
3. Effekt af koncentration
Koncentrationens indflydelse på ligevægtstilstanden er underlagt følgende regler.
Når koncentrationen af et af udgangsstofferne stiger, skifter ligevægten mod dannelse af reaktionsprodukter; Når koncentrationen af et af reaktionsprodukterne stiger, skifter ligevægten mod dannelsen af udgangsstofferne.
I reaktionen, der producerer ammoniak, er det nødvendigt at øge koncentrationen af brint og nitrogen for at flytte ligevægten mod produktion af ammoniak.
Opsummering af lektionen
I lektionen lærte du om begrebet "kemisk ligevægt" og hvordan man ændrer det, hvilke forhold der påvirker forskydningen af kemisk ligevægt, og hvordan "Le Chatelier-princippet" fungerer.
Referencer
- Novoshinsky I.I., Novoshinskaya N.S. Kemi. Lærebog for 10 klasse almen uddannelse. etablering Profilniveau. - M.: LLC TID "Russian Word - RS", 2008. (§§ 24, 25)
- Kuznetsova N.E., Litvinova T.N., Levkin A.N. Kemi: 11. klasse: Lærebog for almenpædagogiske elever. etablering (profilniveau): i 2 dele. M.: Ventana-Graf, 2008. (§ 24)
- Rudzitis G.E. Kemi. Grundlæggende om generel kemi. 11. klasse: pædagogisk. til almen uddannelse institution: grundniveau/ G.E. Rudzitis, F.G. Feldman. - M.: Uddannelse, OJSC “Moscow Textbooks”, 2010. (§ 13)
- Radetsky A.M. Kemi. Didaktisk stof. 10-11 klassetrin. - M.: Uddannelse, 2011. (s. 96-98)
- Khomchenko I.D. Samling af problemer og øvelser i kemi til gymnasiet. - M.: RIA “New Wave”: Forlag Umerenkov, 2008. (s. 65-68)
- Hemi.nsu.ru ().
- Alhimikov.net ().
- Prosto-o-slognom.ru ().
Lektier
- Med. 65-66 nr. 12.10-12.17 fra Samlingen af problemer og øvelser i kemi for gymnasiet (Khomchenko I.D.), 2008.
- I hvilket tilfælde vil en trykændring ikke forårsage et skift i den kemiske ligevægt i reaktioner, der involverer gasformige stoffer?
- Hvorfor ændrer katalysatoren ikke den kemiske ligevægt?