Химическое равновесие

Обратимые реакции – это реакции, протекающие одновременно при одинаковых условиях и в прямом и в обратном направлении.

Например, взаимодействие азота и водорода:

И при этих же условиях идет реакция распада аммиака:

Это обратимая реакция. Для обозначения обратимости реакции ставят две реакционные стрелки в противоположенных направлениях:

У обратимых реакций есть свои особенности. Рассмотрим на этом же примере: синтезе аммиака.

В самом начале синтеза скорость прямой реакции максимальна. Так как концентрация исходных веществ (N2 и H2) максимальна. Но параллельно с этим, по мере образования продукта (NH3), начинает возрастать скорость обратной реакции, ведь концентрация аммиака все больше и больше.

Концентрации исходных веществ падают, концентрация продукта растет. Скорость прямой реакции снижается, скорость обратной реакции повышается. И рано или поздно «они догонят друг друга». Рано или поздно скорость прямой реакции станет равной скорости обратной реакции:

За одно и то же время образуется столько же продукта, сколько его распадается. Потому что скорость синтеза равна скорости распада. И ничего не прибавляется, и не убавляется. Такое состояние называется химическим равновесием.

В состоянии химического равновесия концентрации веществ не меняются: исходных веществ затрачивается столько же, сколько образуется при распаде. И то же самое с продуктами реакции.

Поэтому обратимые реакции никогда не идут до конца. Но в промышленности такое никуда не годится, необходимо добиться как можно большего выхода продуктов. И есть способы смещения химического равновесия.

Все эти способы работают по одному принципу. И принцип этот носит имя его открывателя: Анри Луи Ле Шателье.

Принцип Ле Шателье гласит: если на систему, находящуюся в равновесии, оказать внешнее воздействие, то равновесие сместится в сторону, компенсирующую это воздействие.

Звучит, может быть, сложно, но на самом деле эта тема – самое легкое, что есть в школьном курсе химии. Нужно только один раз разобраться.

  1. Изменение концентрации веществ.

Система находится в равновесии. И тут мы, например, добавляем туда исходное вещество: система будет стараться сохранить равновесие. Поэтому увеличивается скорость реакции, уменьшающая концентрацию этого вещества:

Если увеличиваем концентрации исходных веществ (H2 и N2), то увеличивается скорость прямой реакции, так как она понижает их концентрацию (чтобы равновесие поддерживалось).

Если увеличить концентрацию продукта (NH3), то увеличится скорость обратной реакции, чтобы понизить концентрацию продукта.

Для повышения скорости прямой реакции нужно:

  • Повышать концентрацию исходных веществ.
  • Понижать концентрацию продуктов (удаляя их из системы).
  1. Изменение температуры.

Прямая и обратная реакции всегда противоположены по тепловому эффекту. Если одна идет с выделением тепла (+Q)? называется экзотермической – экзо: наружу, то обратная обязательно протекает с поглощением тепла (– Q), называется эндотермической – эндо: внутрь.

Это вполне логично, что в одну сторону реакция забирает тепло, а в другую отдает его обратно.

При повышении температуры будет увеличиваться скорость эндотермической реакции. Нагреваем систему, нужно охладить. Запускается «охлаждающая» эндотермическая реакция, поглощающая тепло.

При понижении температуры увеличивается скорость экзотермической реакции, систему охладили, запускается «согревающая» экзотермическая реакция.

  • При повышении температуры, равновесие смещается в сторону эндотермической реакции.
  • При понижении температуры, равновесие смещается в сторону экзотермической реакции.
  1. Изменение давления.

Изменение давление может повлиять на химическое равновесие только в том случае, если соблюдаются оба следующих условия:

  1. Хотя бы один из участников химического процесса – газ.
  2. В ходе реакции изменяется объем газовой фазы.

Мы знаем, что 1 моль любого газа при одинаковых условиях занимает один и тот же объем (при нормальных условиях это 22,4л). А коэффициенты в уравнении показывают соотношение молей реагирующих веществ.

По реакции мы видим, что газообразные исходные вещества (азот и водород) занимают объем 1 + 3 = 4 единиц объема. А газообразный продукт реакции (аммиак) занимает две единицы объема.

Повысим давление, и равновесие сместится в ту сторону, которая его понизит: то есть где меньше объемов газа. В нашем случае в сторону продуктов.

Понизим давление, равновесие сместится в сторону, повышающую давление, то есть увеличивающую объем газообразной фазы, в нашем случае в сторону исходных веществ.

  • При повышении давления равновесие будет смещаться в ту сторону, где объем газообразной фазы меньше.
  • При понижении давления равновесие вместится туда, где объемов газа меньше.

Важно помнить, что в расчет нужно брать только газообразные вещества. В реакции:

Изменение давление никак не повлияет на химическое равновесие, потому что слева столько же объемов газа, сколько и справа. То есть объем в ходе реакции не меняется.

  1. Катализатор не влияет на химическое равновесие.

Как было сказано в предыдущем параграфе, если реакция обратима, то катализатор ускоряет как прямую, так и обратную реакцию. Соответственно, присутствие катализатора не смещает химическое равновесие, он лишь может ускорить время наступления равновесие.

Примеры.

Реакция:

Чтобы сместить равновесие в сторону продуктов нужно:Чтобы сместить равновесие в сторону исходных веществ нужно:
1.       Повысить концентрацию исходных веществ (азота и водорода).

2.       Понизить концентрацию продукта (аммиака) удалением его из реакционной смеси.

3.       Понизить температуру.

4.       Повысить давление.

1.       Повысить концентрацию продукта (аммиака).

2.       Понизить концентрацию исходных веществ (азота и водорода).

3.       Повысить температуру.

4.       Понизить давление.

Реакция.

Чтобы сместить равновесие в сторону продуктов нужно:Чтобы сместить равновесие в сторону исходных веществ нужно:
1.       Повысить концентрацию исходных веществ (железной окалины и угарного газа).

2.       Понизить концентрацию продуктов (FeO и углекислого газа).

3.       Понизить температуру.

1.       Повысить концентрацию продуктов (FeO и углекислого газа).

2.       Понизить концентрацию исходных веществ (железной окалины и угарного газа).

3.       Понизить температуру.

Реакция.

Чтобы сместить равновесие в сторону продуктов нужно:Чтобы сместить равновесие в сторону исходных веществ нужно:
1.       Повысить концентрацию исходного вещества (COCl2)

2.       Понизить концентрацию продуктов (угарного газа и хлора).

3.       Повысить температуру.

4.       Понизить давление.

1.       Повысить концентрацию продуктов.

2.       Понизить концентрацию исходных веществ.

3.       Понизить температуру.

4.       Повысить давление.

Реакция.

Чтобы сместить равновесие в сторону продуктов нужно:Чтобы сместить равновесие в сторону исходных веществ нужно:
1.       Повысить концентрацию исходных веществ.

2.       Понизить концентрацию продукта (удаляя его из реакционной смеси).

3.       Понизить температуру.

1.       Повысить концентрацию продукта.

2.       Понизить концентрацию исходных веществ.

3.       Повысить температуру.

 

 

Авторизация
*
*

Регистрация
*
*
*
Пароль не введен
*
Генерация пароля

himiyaklas.ru cможет принять любую посещаемость благодаря кешированию WP Super Cache