9. Rýchlosť chemickej reakcie. Chemická rovnováha
9.2. Chemická rovnováha a jej posun
Väčšina chemických reakcií je reverzibilná, t.j. prúdi súčasne v smere tvorby produktov aj v smere ich rozkladu (zľava doprava a sprava doľava).
Príklady reakčných rovníc pre reverzibilné procesy:
N2 + 3H2° t°, p, kat. 2NH3
2SO 2 + O 2 ⇄ t ° , p , kat 2SO 3
H2 + I2 ° t ° 2HI
Reverzibilné reakcie sú charakterizované špeciálnym stavom nazývaným stav chemickej rovnováhy.
Chemická rovnováha- toto je stav systému, v ktorom sa rýchlosť priamych a spätných reakcií vyrovná. Pri pohybe smerom k chemickej rovnováhe sa rýchlosť priamej reakcie a koncentrácia reaktantov znižuje, zatiaľ čo spätná reakcia a koncentrácia produktov sa zvyšujú.
V stave chemickej rovnováhy sa za jednotku času vytvorí toľko produktu, koľko sa rozloží. V dôsledku toho sa koncentrácie látok v stave chemickej rovnováhy v priebehu času nemenia. To však vôbec neznamená, že rovnovážne koncentrácie alebo hmotnosti (objemy) všetkých látok sú nevyhnutne navzájom rovnaké (pozri obr. 9.8 a 9.9). Chemická rovnováha je dynamická (mobilná) rovnováha, ktorá môže reagovať na vonkajšie vplyvy.
Prechod rovnovážneho systému z jedného rovnovážneho stavu do druhého sa nazýva posun resp posun v rovnováhe. V praxi hovoria o posune rovnováhy smerom k reakčným produktom (doprava) alebo k východiskovým látkam (doľava); dopredná reakcia je taká, ktorá sa vyskytuje zľava doprava a spätná reakcia nastáva sprava doľava. Rovnovážny stav je znázornený dvoma protiľahlými šípkami: ⇄.
Princíp posunu rovnováhy sformuloval francúzsky vedec Le Chatelier (1884): vonkajší vplyv na systém, ktorý je v rovnováhe, vedie k posunu tejto rovnováhy smerom, ktorý oslabuje účinok vonkajšieho vplyvu.
Sformulujme základné pravidlá pre posun rovnováhy.
Účinok koncentrácie: keď sa koncentrácia látky zvyšuje, rovnováha sa posúva smerom k jej spotrebe a keď klesá k jej tvorbe.
Napríklad so zvýšením koncentrácie H 2 pri reverzibilnej reakcii
H 2 (g) + I 2 (g) ⇄ 2HI (g)
rýchlosť priamej reakcie v závislosti od koncentrácie vodíka sa zvýši. V dôsledku toho sa rovnováha posunie doprava. Keď sa koncentrácia H2 zníži, rýchlosť priamej reakcie sa zníži, v dôsledku čoho sa rovnováha procesu posunie doľava.
Vplyv teploty: Keď sa teplota zvýši, rovnováha sa posunie smerom k endotermickej reakcii a keď sa teplota zníži, posunie sa k exotermickej reakcii.
Je dôležité si uvedomiť, že so zvyšujúcou sa teplotou sa rýchlosť exo- aj endotermických reakcií zvyšuje, ale endotermická reakcia sa zvyšuje viackrát, pre ktoré je E a vždy väčšie. S klesajúcou teplotou sa rýchlosť oboch reakcií znižuje, ale opäť viackrát - endotermické. Je vhodné to ilustrovať pomocou diagramu, v ktorom je hodnota rýchlosti úmerná dĺžke šípok a rovnováha sa posúva v smere dlhšej šípky.
Účinok tlaku: Zmena tlaku ovplyvňuje rovnovážny stav iba vtedy, keď sú do reakcie zapojené plyny, a to aj vtedy, keď je plynná látka len na jednej strane chemickej rovnice. Príklady reakčných rovníc:
- tlak ovplyvňuje posun rovnováhy:
3H2 (g) + N2 (g) ⇄ 2NH3 (g),
CaO (tv) + CO2 (g) ⇄ CaC03 (tv);
- tlak neovplyvňuje posun rovnováhy:
Cu (sv) + S (sv) = CuS (sv),
NaOH (roztok) + HCl (roztok) = NaCl (roztok) + H20 (1).
Pri poklese tlaku sa rovnováha posúva smerom k vzniku väčšieho chemického množstva plynných látok a pri jeho zvyšovaní sa rovnováha posúva smerom k tvorbe menšieho chemického množstva plynných látok. Ak sú chemické množstvá plynov na oboch stranách rovnice rovnaké, potom tlak neovplyvňuje stav chemickej rovnováhy:
H2 (g) + Cl2 (g) = 2 HCl (g).
Je to ľahko pochopiteľné, ak vezmeme do úvahy, že účinok zmeny tlaku je podobný účinku zmeny koncentrácie: so zvýšením tlaku n-krát sa koncentrácia všetkých látok v rovnováhe zvyšuje o rovnaké množstvo (a naopak).
Vplyv objemu reakčného systému: zmena objemu reakčného systému je spojená so zmenou tlaku a ovplyvňuje len rovnovážny stav reakcií s plynnými látkami. Zníženie objemu znamená zvýšenie tlaku a posunie rovnováhu smerom k tvorbe menšieho množstva chemických plynov. Zväčšenie objemu sústavy vedie k zníženiu tlaku a posunu rovnováhy smerom k tvorbe väčšieho chemického množstva plynných látok.
Zavedenie katalyzátora do rovnovážneho systému alebo zmena jeho povahy neposúva rovnováhu (nezvyšuje výťažok produktu), pretože katalyzátor urýchľuje dopredné aj spätné reakcie v rovnakom rozsahu. Je to spôsobené tým, že katalyzátor rovnako znižuje aktivačnú energiu priamych a spätných procesov. Prečo potom používajú katalyzátor pri reverzibilných procesoch? Faktom je, že použitie katalyzátora v reverzibilných procesoch podporuje rýchly nástup rovnováhy, a to zvyšuje efektivitu priemyselnej výroby.
Konkrétne príklady vplyvu rôznych faktorov na posun rovnováhy sú uvedené v tabuľke. 9.1 pre reakciu syntézy amoniaku, ku ktorej dochádza pri uvoľňovaní tepla. Inými slovami, dopredná reakcia je exotermická a spätná reakcia je endotermická.
Tabuľka 9.1
Vplyv rôznych faktorov na posun v rovnováhe reakcie syntézy amoniaku
| Faktor ovplyvňujúci rovnovážny systém | Smer posunu rovnovážnej reakcie 3 H 2 + N 2 ⇄ t, p, kat. 2 NH 3 + Q |
|---|---|
| Zvýšenie koncentrácie vodíka, s (H 2) | Rovnováha sa posúva doprava, systém reaguje znížením c (H 2) |
| Pokles koncentrácie amoniaku, s (NH 3)↓ | Rovnováha sa posúva doprava, systém reaguje zvýšením c (NH 3) |
| Zvýšenie koncentrácie amoniaku, s (NH 3) | Rovnováha sa posúva doľava, systém reaguje znížením c (NH 3) |
| Pokles koncentrácie dusíka, s (N 2)↓ | Rovnováha sa posúva doľava, systém reaguje zvýšením c (N 2) |
| Kompresia (zníženie objemu, zvýšenie tlaku) | Rovnováha sa posúva doprava, smerom k zníženiu objemu plynov |
| Expanzia (zvýšenie objemu, zníženie tlaku) | Rovnováha sa posúva doľava smerom k zvyšovaniu objemu plynu |
| Zvýšený tlak | Rovnováha sa posúva doprava, smerom k menšiemu objemu plynu |
| Znížený tlak | Rovnováha sa posúva doľava, smerom k väčšiemu objemu plynov |
| Nárast teploty | Rovnováha sa posúva doľava smerom k endotermickej reakcii |
| Pokles teploty | Rovnováha sa posúva doprava, smerom k exotermickej reakcii |
| Pridanie katalyzátora | Rovnováha sa neposúva |
Príklad 9.3.
V stave procesnej rovnováhy
2SO 2 (g) + O 2 (g) ⇄ 2SO 3 (g)
koncentrácie látok (mol/dm 3) SO 2, O 2 a SO 3 sú 0,6, 0,4 a 0,2. Nájdite počiatočné koncentrácie SO 2 a O 2 (počiatočná koncentrácia SO 3 je nulová).
Riešenie. Počas reakcie sa teda spotrebúvajú S02 a O2
c out (SO 2) = c sa rovná (SO 2) + c out (SO 2),
cout (02) = c sa rovná (02) + cout (02).
Hodnota vynaloženého c sa zistí pomocou c (SO 3):
cout (S02) = 0,6 + 0,2 = 0,8 (mol/dm3).
y = 0,1 mol/dm3.
cout (02) = 0,4 + 0,1 = 0,5 (mol/dm3).
Odpoveď: 0,8 mol/dm 3 SO 2; 0,5 mol/dm302.
Pri plnení skúšobných úloh je často zamieňaný vplyv rôznych faktorov na jednej strane na rýchlosť reakcie a na druhej strane na posun chemickej rovnováhy.
Pre reverzibilný proces
so zvyšujúcou sa teplotou sa zvyšuje rýchlosť priamych aj spätných reakcií; pri znižovaní teploty klesá rýchlosť dopredných aj spätných reakcií;
so zvyšujúcim sa tlakom sa zvyšujú rýchlosti všetkých reakcií prebiehajúcich za účasti plynov, priamych aj reverzných. Keď tlak klesá, rýchlosť všetkých reakcií prebiehajúcich za účasti plynov, priamych aj reverzných, klesá;
zavedenie katalyzátora do systému alebo jeho nahradenie iným katalyzátorom neposúva rovnováhu.
Príklad 9.4.
Nastáva reverzibilný proces opísaný rovnicou
N2 (g) + 3H2 (g) ⇄ 2NH3 (g) + Q
Zvážte, ktoré faktory: 1) zvyšujú rýchlosť syntézy reakcie amoniaku; 2) posuňte rovnováhu doprava:
a) zníženie teploty;
b) zvýšenie tlaku;
c) zníženie koncentrácie NH3;
d) použitie katalyzátora;
e) zvýšenie koncentrácie N 2 .
Riešenie. Faktory b), d) a e) zvyšujú rýchlosť reakcie syntézy amoniaku (ako aj zvýšenie teploty, zvýšenie koncentrácie H2); posunúť rovnováhu doprava - a), b), c), e).
Odpoveď: 1) b, d, d; 2) a, b, c, d.
Príklad 9.5.
Nižšie je uvedený energetický diagram reverzibilnej reakcie
Uveďte všetky pravdivé tvrdenia:
a) reverzná reakcia prebieha rýchlejšie ako priama reakcia;
b) s rastúcou teplotou sa rýchlosť reverznej reakcie zvyšuje viackrát ako priama reakcia;
c) dochádza k priamej reakcii s absorpciou tepla;
d) teplotný koeficient γ je väčší pre reverznú reakciu.
Riešenie.
a) Výrok je správny, keďže E arr = 500 − 300 = 200 (kJ) je menšie ako E arr = 500 − 200 = 300 (kJ).
b) Výrok je nesprávny, rýchlosť priamej reakcie, pre ktorú je E a väčšie, sa zvyšuje viackrát.
c) Výrok je správny, Q pr = 200 − 300 = −100 (kJ).
d) Výrok je nesprávny, γ je väčšie pre priamu reakciu, v tomto prípade E a je väčšie.
Odpoveď: a), c).
t.j. ak je napríklad určitá reakcia A + B = C + D reverzibilná, znamená to, že obe reakcie A + B → C + D (priama) aj reakcia C + D → A + B (reverzná) prebiehajú súčasne. ).
V podstate preto V prípade reverzibilných reakcií dochádza k priamym aj spätným reakciám, látky na ľavej strane rovnice aj látky na pravej strane rovnice možno nazvať činidlami (východiskovými látkami). To isté platí pre produkty.
Pre akúkoľvek reverzibilnú reakciu je možná situácia, keď sú rýchlosti priamych a spätných reakcií rovnaké. Tento stav sa nazýva stav rovnováhy.
V rovnováhe sú koncentrácie všetkých reaktantov a všetkých produktov konštantné. Koncentrácie produktov a reaktantov v rovnováhe sa nazývajú rovnovážne koncentrácie.
Posun v chemickej rovnováhe pod vplyvom rôznych faktorov
Vplyvom vonkajších vplyvov na systém, ako sú zmeny teploty, tlaku alebo koncentrácie východiskových látok alebo produktov, môže dôjsť k narušeniu rovnováhy systému. Po ukončení tohto vonkajšieho vplyvu však systém po určitom čase prejde do nového rovnovážneho stavu. Takýto prechod systému z jedného rovnovážneho stavu do druhého rovnovážneho stavu sa nazýva posunutie (posun) chemickej rovnováhy .
Aby bolo možné určiť, ako sa chemická rovnováha posúva pod určitým typom vplyvu, je vhodné použiť Le Chatelierov princíp:
Ak na systém v rovnovážnom stave pôsobí akýkoľvek vonkajší vplyv, potom sa smer posunu chemickej rovnováhy zhoduje so smerom reakcie, ktorá oslabuje účinok vplyvu.
Vplyv teploty na rovnovážny stav
Keď sa teplota zmení, rovnováha akejkoľvek chemickej reakcie sa posunie. Je to spôsobené tým, že každá reakcia má tepelný účinok. Navyše tepelné účinky doprednej a spätnej reakcie sú vždy priamo opačné. Tie. ak je dopredná reakcia exotermická a prebieha s tepelným účinkom rovným +Q, potom spätná reakcia je vždy endotermická a má tepelný účinok rovný –Q.
Ak teda v súlade s Le Chatelierovým princípom zvýšime teplotu nejakého systému, ktorý je v rovnovážnom stave, tak sa rovnováha posunie smerom k reakcii, počas ktorej teplota klesá, t.j. smerom k endotermickej reakcii. A podobne, ak znížime teplotu systému v rovnovážnom stave, rovnováha sa posunie smerom k reakcii, v dôsledku čoho sa teplota zvýši, t.j. smerom k exotermickej reakcii.
Zvážte napríklad nasledujúcu reverzibilnú reakciu a uveďte, kde sa jej rovnováha posunie pri poklese teploty:
Ako je možné vidieť z vyššie uvedenej rovnice, dopredná reakcia je exotermická, t.j. V dôsledku jeho výskytu sa uvoľňuje teplo. V dôsledku toho bude reverzná reakcia endotermická, to znamená, že k nej dochádza pri absorpcii tepla. Podľa podmienky sa teplota znižuje, preto sa rovnováha posunie doprava, t.j. smerom k priamej reakcii.
Vplyv koncentrácie na chemickú rovnováhu
Zvýšenie koncentrácie činidiel v súlade s Le Chatelierovým princípom by malo viesť k posunu rovnováhy smerom k reakcii, v dôsledku ktorej sú činidlá spotrebované, t.j. smerom k priamej reakcii.
A naopak, ak sa zníži koncentrácia reaktantov, potom sa rovnováha posunie smerom k reakcii, v dôsledku ktorej sa reaktanty tvoria, t.j. strana reverznej reakcie (←).
Podobný účinok má aj zmena koncentrácie reakčných produktov. Ak sa koncentrácia produktov zvýši, rovnováha sa posunie smerom k reakcii, v dôsledku ktorej sa produkty spotrebúvajú, t.j. smerom k obrátenej reakcii (←). Ak sa naopak koncentrácia produktov zníži, potom sa rovnováha posunie smerom k priamej reakcii (→), takže koncentrácia produktov sa zvýši.
Vplyv tlaku na chemickú rovnováhu
Na rozdiel od teploty a koncentrácie, zmeny tlaku neovplyvňujú rovnovážny stav každej reakcie. Aby zmena tlaku viedla k posunu chemickej rovnováhy, musia byť súčty koeficientov pre plynné látky na ľavej a pravej strane rovnice rozdielne.
Tie. z dvoch reakcií:
zmena tlaku môže ovplyvniť rovnovážny stav len v prípade druhej reakcie. Keďže súčet koeficientov pred vzorcami plynných látok v prípade prvej rovnice vľavo a vpravo je rovnaký (rovná sa 2), a v prípade druhej rovnice je rozdielny (4 na vľavo a 2 vpravo).
Z toho najmä vyplýva, že ak medzi reaktantmi aj produktmi nie sú žiadne plynné látky, potom zmena tlaku nijako neovplyvní aktuálny rovnovážny stav. Napríklad tlak neovplyvní rovnovážny stav reakcie:
Ak sa množstvo plynných látok vľavo a vpravo líši, potom zvýšenie tlaku povedie k posunu rovnováhy smerom k reakcii, počas ktorej sa objem plynov znižuje, a zníženie tlaku povedie k posunu rovnováha, v dôsledku čoho sa zväčšuje objem plynov.
Vplyv katalyzátora na chemickú rovnováhu
Pretože katalyzátor rovnako urýchľuje dopredné aj spätné reakcie, jeho prítomnosť alebo neprítomnosť nemá žiadny účinok do rovnovážneho stavu.
Jediné, čo môže katalyzátor ovplyvniť, je rýchlosť prechodu systému z nerovnovážneho stavu do rovnovážneho.
Vplyv všetkých vyššie uvedených faktorov na chemickú rovnováhu je zhrnutý nižšie v cheat sheete, ktorý si môžete spočiatku pozrieť pri vykonávaní úloh rovnováhy. Nebude ho však možné použiť pri skúške, takže po analýze niekoľkých príkladov s jeho pomocou by ste sa ho mali naučiť a precvičiť si riešenie problémov s rovnováhou bez toho, aby ste sa na to pozerali:
Označenia: T - teplota, p - tlak, s – koncentrácia, – zvýšenie, ↓ – zníženie
|
T |
T - posuny rovnováhy smerom k endotermickej reakcii |
| ↓T - posun rovnováhy smerom k exotermickej reakcii | |
|
p |
p - rovnováha sa posúva smerom k reakcii s menším súčtom koeficientov pred plynnými látkami |
| ↓s - rovnováha sa posúva smerom k reakcii s väčším súčtom koeficientov pred plynnými látkami | |
|
c |
c (činidlo) – rovnováha sa posúva smerom k priamej reakcii (doprava) |
| ↓c (činidlo) – rovnováha sa posúva smerom k reverznej reakcii (doľava) | |
| c (produkt) – rovnováha sa posúva smerom k reverznej reakcii (doľava) | |
| ↓c (produkt) – rovnováha sa posúva smerom k priamej reakcii (doprava) | |
| Neovplyvňuje rovnováhu!!! |
1. Medzi všetkými známymi reakciami sa rozlišuje medzi reverzibilnými a ireverzibilnými reakciami. Pri štúdiu iónomeničových reakcií boli uvedené podmienky, za ktorých prebiehajú až do konca. ().
Sú známe aj reakcie, ktoré za daných podmienok neprebehnú úplne. Napríklad, keď sa oxid siričitý rozpustí vo vode, dôjde k reakcii: SO 2 + H 2 O→ H2SO3. Ukazuje sa však, že vo vodnom roztoku môže vzniknúť len určité množstvo kyseliny sírovej. Vysvetľuje to skutočnosť, že kyselina sírová je krehká a dochádza k reverznej reakcii, t.j. rozklad na oxid sírový a vodu. V dôsledku toho táto reakcia nie je dokončená, pretože dve reakcie prebiehajú súčasne - rovno(medzi oxidom sírovým a vodou) a obrátene(rozklad kyseliny sírovej). S02 + H20↔ H2SO3.
Chemické reakcie prebiehajúce za daných podmienok vo vzájomne opačných smeroch sa nazývajú reverzibilné.
2. Keďže rýchlosť chemických reakcií závisí od koncentrácie reaktantov, potom najskôr rýchlosť priamej reakcie( υ pr) by mala byť maximálna a rýchlosť spätnej reakcie ( υ arr.) sa rovná nule. Koncentrácia reaktantov sa časom znižuje a koncentrácia reakčných produktov sa zvyšuje. Preto sa rýchlosť priamej reakcie znižuje a rýchlosť spätnej reakcie sa zvyšuje. V určitom časovom bode sa rýchlosť priamych a spätných reakcií rovná:
Pri všetkých reverzibilných reakciách sa rýchlosť doprednej reakcie znižuje, rýchlosť spätnej reakcie sa zvyšuje, až kým sa obe rýchlosti nezrovnajú a nenastane rovnovážny stav:
υ pr =υ arr.
Stav systému, v ktorom sa rýchlosť priamej reakcie rovná rýchlosti spätnej reakcie, sa nazýva chemická rovnováha.
V stave chemickej rovnováhy zostáva kvantitatívny pomer medzi reaktantmi a reakčnými produktmi konštantný: koľko molekúl reakčného produktu sa vytvorí za jednotku času, toľko z nich sa rozloží. Stav chemickej rovnováhy sa však udržiava, pokiaľ sa reakčné podmienky nezmenia: koncentrácia, teplota a tlak.
Stav chemickej rovnováhy je opísaný kvantitatívne zákon masovej akcie.
V rovnováhe je pomer súčinu koncentrácií reakčných produktov (v mocninách ich koeficientov) k súčinu koncentrácií reaktantov (aj v mocninách ich koeficientov) konštantnou hodnotou, nezávislou od počiatočných koncentrácií látok v reakcii. zmes.
Táto konštanta sa nazýva rovnovážna konštanta - k
Takže pre reakciu: N 2 (G) + 3 H 2 (G) ↔ 2 NH 3 (G) + 92,4 kJ rovnovážna konštanta je vyjadrená takto:
υ 1 =υ 2
v 1 (priama reakcia) = k 1 [ N 2 ][ H 2 ] 3, kde– rovnovážne molárne koncentrácie, = mol/l
υ 2 (odpor) = k 2 [ N.H. 3 ] 2
k 1 [ N 2 ][ H 2 ] 3 = k 2 [ N.H. 3 ] 2
Kp = k 1 / k 2 = [ N.H. 3 ] 2 / [ N 2 ][ H 2 ] 3 – rovnovážna konštanta.
Chemická rovnováha závisí od koncentrácie, tlaku, teploty.
Princípurčuje smer rovnovážneho miešania:
Ak na systém, ktorý je v rovnováhe, pôsobí vonkajší vplyv, potom sa rovnováha v systéme posunie v smere opačnom k tomuto vplyvu.
1) Vplyv koncentrácie – ak sa zvýši koncentrácia východiskových látok, rovnováha sa posunie smerom k tvorbe reakčných produktov.
napr.Kp = k 1 / k 2 = [ N.H. 3 ] 2 / [ N 2 ][ H 2 ] 3
Keď sa do reakčnej zmesi pridá napr dusíka, t.j. koncentrácia činidla sa zvyšuje, menovateľ vo výraze pre K sa zvyšuje, ale keďže K je konštanta, musí sa na splnenie tejto podmienky zvýšiť aj čitateľ. Množstvo reakčného produktu v reakčnej zmesi sa teda zvyšuje. V tomto prípade hovoria o posune chemickej rovnováhy doprava, smerom k produktu.
Zvýšenie koncentrácie reaktantov (kvapalných alebo plynných) sa teda posúva smerom k produktom, t.j. smerom k priamej reakcii. Zvýšenie koncentrácie produktov (kvapalných alebo plynných) posúva rovnováhu smerom k reaktantom, t.j. smerom k opačnej reakcii.
Zmena hmotnosti pevnej látky nezmení rovnovážnu polohu.
2) Vplyv teploty – zvýšenie teploty posúva rovnováhu smerom k endotermickej reakcii.
A)N 2 (G) + 3H 2 (D) ↔ 2N.H. 3 (G) + 92,4 kJ (exotermická - uvoľnenie tepla)
Keď sa teplota zvýši, rovnováha sa posunie smerom k reakcii rozkladu amoniaku (←)
b)N 2 (G) +O 2 (D) ↔ 2NIE(G) – 180,8 kJ (endotermické - absorpcia tepla)
Keď sa teplota zvýši, rovnováha sa posunie smerom k formovacej reakcii NIE (→)
3) Vplyv tlaku (len pre plynné látky) – so zvyšujúcim sa tlakom sa rovnováha posúva smerom k útvaruI látky zaberajúce menej o jem.
N 2 (G) + 3H 2 (D) ↔ 2N.H. 3 (G)
1 V - N 2
3 V - H 2
2 V – N.H. 3
So zvyšujúcim sa tlakom ( P): pred reakciou4 V plynné látky → po reakcii2 Vplynné látky, preto sa rovnováha posúva doprava ( → )
Keď sa tlak zvýši napríklad dvakrát, objem plynov sa zníži o rovnaké množstvo, a preto sa koncentrácie všetkých plynných látok zvýšia dvakrát. Kp = k 1 / k 2 = [ N.H. 3 ] 2 / [ N 2 ][ H 2 ] 3
V tomto prípade sa čitateľ výrazu pre K zvýši o 4 krát a menovateľ je 16 krát, t.j. bude porušená rovnosť. Na jej obnovenie sa musí zvýšiť koncentrácia amoniaka koncentrácie klesajú dusíkaAvodadruh. Rovnováha sa posunie doprava.
Takže keď sa tlak zvýši, rovnováha sa posunie smerom k zníženiu objemu a keď sa tlak zníži, k zvýšeniu objemu.
Zmena tlaku nemá prakticky žiadny vplyv na objem pevných a kvapalných látok, t.j. nemení ich koncentráciu. V dôsledku toho je rovnováha reakcií, na ktorých sa nezúčastňujú plyny, prakticky nezávislá od tlaku.
! Priebeh chemickej reakcie ovplyvňujú látky - katalyzátory. Ale pri použití katalyzátora sa aktivačná energia priamych aj spätných reakcií znižuje o rovnakú hodnotu, a preto rovnováha sa neposúva.
Riešiť problémy:
č. 1. Počiatočné koncentrácie CO a O 2 pri reverzibilnej reakcii
2CO (g) + O2 (g)↔2 CO2 (g)
Rovná sa 6 a 4 mol/l. Vypočítajte rovnovážnu konštantu, ak je koncentrácia CO 2 v momente rovnováhy 2 mol/l.
č. 2. Reakcia prebieha podľa rovnice
2S02 (g) + 02 (g) = 2S03 (g) + Q
Uveďte, kam sa posunie rovnováha, ak
a) zvýšiť tlak
b) zvýšiť teplotu
c) zvýšiť koncentráciu kyslíka
d) zavedenie katalyzátora?
Väčšina chemických reakcií je reverzibilná, to znamená, že prebiehajú súčasne v opačných smeroch. V prípadoch, keď priame a spätné reakcie prebiehajú rovnakou rýchlosťou, nastáva chemická rovnováha.
Keď dôjde k chemickej rovnováhe, počet molekúl látok, ktoré tvoria systém, sa prestane meniť a zostáva konštantný v priebehu času za konštantných vonkajších podmienok.
Stav systému, v ktorom sa rýchlosť priamej reakcie rovná rýchlosti spätnej reakcie, sa nazýva chemická rovnováha.
Napríklad rovnováha reakcie H 2 (g) + I 2 (g) ⇆ 2HI (g) nastane, keď sa priamou reakciou vytvorí za jednotku času presne rovnaký počet molekúl jodovodíka, ako sa rozložia spätnou reakciou. reakcia na jód a vodík.
Schopnosť reakcie prebiehať v opačných smeroch sa nazýva kinetická reverzibilita.
V reakčnej rovnici je reverzibilita označená dvoma protiľahlými šípkami (⇆) namiesto znamienka rovnosti medzi ľavou a pravou stranou chemickej rovnice.
Chemická rovnováha je dynamická (pohyblivá). Pri zmene vonkajších podmienok sa rovnováha posunie a vráti sa do pôvodného stavu, ak vonkajšie podmienky nadobudnú konštantné hodnoty. Vplyv vonkajších faktorov na chemickú rovnováhu spôsobuje jej posunutie.
Poloha chemickej rovnováhy závisí od nasledujúcich parametrov reakcie:
teploty;
Tlak;
Koncentrácie.
Vplyv, ktorý majú tieto faktory na chemickú reakciu, podlieha vzoru, ktorý vo všeobecnosti vyjadril v roku 1884 francúzsky vedec Le Chatelier (obr. 1).
Ryža. 1. Henri Louis Le Chatelier
Moderná formulácia Le Chatelierovho princípu
Ak na systém, ktorý je v rovnováhe, pôsobí vonkajší vplyv, potom sa rovnováha posunie na stranu, ktorá tento vplyv oslabuje.
1. Vplyv teploty
V každej reverzibilnej reakcii jeden zo smerov zodpovedá exotermickému procesu a druhý endotermickému procesu.
Príklad: priemyselná výroba amoniaku. Ryža. 2.
Ryža. 2. Závod na výrobu amoniaku
Reakcia syntézy amoniaku:
N2 + 3H2⇆2NH3 + Q
Dopredná reakcia je exotermická a spätná reakcia je endotermická.
Vplyv zmien teploty na polohu chemickej rovnováhy sa riadi nasledujúcimi pravidlami.
Pri zvyšovaní teploty sa chemická rovnováha posúva v smere endotermickej reakcie a pri znižovaní teploty v smere exotermickej reakcie.
Aby sa rovnováha posunula smerom k produkcii amoniaku, je potrebné znížiť teplotu.
2. Vplyv tlaku
Pri všetkých reakciách plynných látok, sprevádzaných zmenou objemu v dôsledku zmeny látkového množstva pri prechode z východiskových látok na produkty, je rovnovážna poloha ovplyvnená tlakom v systéme.
Vplyv tlaku na rovnovážnu polohu sa riadi nasledujúcimi pravidlami.
So zvyšujúcim sa tlakom sa rovnováha posúva smerom k tvorbe látok (počiatočných alebo produktov) s menším objemom; pri znižovaní tlaku sa rovnováha posúva smerom k tvorbe látok s väčším objemom.
Pri reakcii syntézy amoniaku sa so zvyšujúcim sa tlakom posúva rovnováha smerom k tvorbe amoniaku, pretože reakcia prebieha pri znižovaní objemu.
3. Vplyv koncentrácie
Vplyv koncentrácie na rovnovážny stav podlieha nasledujúcim pravidlám.
Keď sa koncentrácia jednej z východiskových látok zvýši, rovnováha sa posunie smerom k tvorbe reakčných produktov; Keď sa koncentrácia jedného z reakčných produktov zvýši, rovnováha sa posunie smerom k tvorbe východiskových látok.
Pri reakcii produkujúcej amoniak, aby sa rovnováha posunula smerom k produkcii amoniaku, je potrebné zvýšiť koncentráciu vodíka a dusíka.
Zhrnutie lekcie
V lekcii ste sa dozvedeli o koncepte „chemickej rovnováhy“ a o tom, ako ju posunúť, aké podmienky ovplyvňujú vytesnenie chemickej rovnováhy a ako funguje „Princíp Le Chatelier“.
Referencie
- Novoshinsky I.I., Novoshinskaya N.S. Chémia. Učebnica pre 10. ročník všeobecného vzdelávania. zriadenie Úroveň profilu. - M.: LLC "TID "Ruské slovo - RS", 2008. (§§ 24, 25)
- Kuznecovová N.E., Litvinová T.N., Levkin A.N. Chémia: 11. ročník: Učebnica pre žiakov všeobecnovzdelávacích predmetov. zriadenie (úroveň profilu): v 2 častiach. M.: Ventana-Graf, 2008. (§ 24)
- Rudzitis G.E. Chémia. Základy všeobecnej chémie. 11. ročník: vzdelávací. pre všeobecné vzdelanie inštitúcia: základná úroveň/ G.E. Rudzitis, F.G. Feldman. - M.: Vzdelávanie, OJSC “Moskva učebnice”, 2010. (§ 13)
- Radetsky A.M. Chémia. Didaktický materiál. 10-11 ročníkov. - M.: Vzdelávanie, 2011. (s. 96-98)
- Khomchenko I.D. Zbierka úloh a cvičení z chémie pre strednú školu. - M.: RIA „Nová vlna“: Vydavateľ Umerenkov, 2008. (s. 65-68)
- Hemi.nsu.ru ().
- Alhimikov.net ().
- Prosto-o-slognom.ru ().
Domáce úlohy
- s. 65-66 č.12.10-12.17 zo Zborníka úloh a cvičení z chémie pre strednú školu (Khomchenko I.D.), 2008.
- V akom prípade zmena tlaku nespôsobí posun v chemickej rovnováhe pri reakciách s plynnými látkami?
- Prečo katalyzátor neposúva chemickú rovnováhu?